Как проверить конденсатор?
При конструировании и ремонте электронной техники часто возникает необходимость в проверке радиоэлементов, в том числе и конденсаторов.
В сети много рекомендаций о том, как проверить конденсатор омметром. Когда-то я и сам применял такую методику. О ней я ещё расскажу.
Но на данный момент могу утверждать точно, что достоверно определить исправность конденсатора можно лишь с помощью прибора, который способен измерить его электрическую ёмкость.
Перед тем, как начать проверку конденсатора необходимо определить его тип. Все они делятся на две группы:
- Неполярные. К ним относятся конденсаторы, в которых диэлектриком является слюда, керамика, бумага, стекло, воздух. Как правило, их ёмкость невелика и лежит в пределах от нескольких пикофарад до единиц микрофарад.
- Полярные. К полярным конденсаторам относятся все электролитические конденсаторы, как с жидким электролитом, так и твёрдым. Их ёмкость уже лежит в диапазоне от 0,1 до 100000 микрофарад.
Среди неисправностей конденсаторов можно выделить три основных:
- Электрический пробой. Как правило, пробой вызван превышением допустимого рабочего напряжения на обкладках конденсатора.
- Обрыв. При обрыве конденсатор электрически представляет собой два изолированных проводника не имеющих никакой ёмкости. Обычно обрыв образуется вследствие механического воздействия, тряски или вибрации. Его причиной может быть некачественная конструкция элемента, а также нарушение допустимых режимов эксплуатации.
- Повышенная утечка. Изменение сопротивления диэлектрика между обкладками. При такой неисправности ёмкость конденсатора становится заметно ниже, он не способен сохранять заряд.
Список неисправностей у электролитических конденсаторов заметно шире. В основном это касается алюминиевых электролитических конденсаторов, которые очень активно используются для фильтрации пульсирующего напряжения во всевозможных выпрямителях.
- Потеря ёмкости, повышенная утечка.
- Высокий ESR (ЭПС – эквивалентное последовательное сопротивление).
Как уже говорил, достоверно проверить исправность конденсатора можно лишь с помощью прибора, который способен измерить его ёмкость. Как правило, для этих целей применяются измерители индуктивности и ёмкости (LC-метры). Они довольно дороги.
Но, несмотря на это, можно найти доступный по цене мультиметр с функцией LC-метра. Например, в моей мастерской имеется мультитестер Victor VC9805A+.
Он имеет 5 пределов измерения и способен определить ёмкость в диапазоне от 20 нанофарад (20nF) до 200 микрофарад (200μF). С его помощью можно измерить ёмкость, как обычных неполярных конденсаторов, так и полярных электролитических.
Максимальный предел измерения ограничен значением в 200 микрофарад (мкФ), что не так уж и много, если учесть, что ёмкость электролитических конденсаторов порой доходит и до 10000 мкФ.
Измерительные щупы прибора подключаются к гнёздам измерения ёмкости (обозначается как Cx). При этом нужно соблюдать полярность их подключения.
Разъём измерения ёмкости (Сх)
На фото показан процесс измерения ёмкости конденсатора номиналом 100nF (0,1 мкФ). Для измерения выбран предел в 200 нанофарад.
Как видим, ёмкость соответствует той, что указана в маркировке на корпусе – 104,7nF. Конденсатор исправен.
А вот пример неисправного металлоплёночного конденсатора К73-17 на 100nF. Я его выявил совершенно случайно, полагал, что он полностью исправен.
Отмечу лишь то, что изначально я проверял данный конденсатор мультиметром в режиме омметра. Тогда я не обнаружил ничего подозрительного. На деле же он оказался неисправен, имел очень маленькую ёмкость, всего 737 пикофарад.
На следующем фото проверка этого же конденсатора универсальным тестером.
Именно поэтому для проверки конденсаторов стоит использовать тестер с функцией замера ёмкости. Это даст наиболее достоверный результат.
Исключением может быть электрический пробой, который легко обнаружить с помощью омметра, а порой и чисто визуально при внешнем осмотре. Вот пример.
На фото пробитый неполярный конденсатор на рабочее напряжение 1,2kV.
При значительном превышении рабочего напряжения на конденсаторе, между его обкладками происходит электрический пробой. На корпусе пробитых конденсаторов можно обнаружить потемнения, вздутия, тёмные пятна и другие внешние признаки повреждения элемента.
Корпус может быть расколотым или иметь на поверхности сколы и трещины.
Электрический пробой конденсатора в электронной схеме преобразователя может стать причиной выхода из строя компактной люминесцентной лампы. Об этом я упоминал на странице про устройство ламп КЛЛ.
Стоит отметить тот факт, что пробой у алюминиевых электролитических конденсаторов встречается довольно редко. Обратная ситуация наблюдается у танталовых конденсаторов, которые в силу своих особенностей плохо выдерживают даже незначительное превышение рабочего напряжения.
При измерении ёмкости у электролитического конденсатора стоит знать одну особенность. Так как допуск у них очень большой, порой достигающий 30%, то разброс значения ёмкости может быть весьма приличный. В таком случае не стоит считать конденсатор негодным. Кроме этого, многое зависит от того, каким прибором пользуетесь.
Вот список реальной ёмкости новых конденсаторов. Измерения проводились универсальным тестером LCR-T4:
- 2200 μF (35V) — реальная 2155μF (Jamicon);
- 470 μF (25V) — реальная 420,9μF (EPCOS);
- 220 μF (400V) — реальная 217,7μF (SAMWHA);
- 100 μF (450V) — реальная 98,79μF (Jamicon);
- 100 μF (400V) — реальная 101,1μF (SAMWHA);
- 82 μF (400V) — реальная 75,65μF (Jamicon);
- 82 μF (450V) — реальная 77,46μF (SAMWHA);
- 82 μF (450V) — реальная 77,05μF (CapXon);
- 68 μF (450V) — реальная 66,43μF (Jamicon);
- 33 μF (160V) — реальная 31,99μF (SAMWHA);
- 22 μF (250V) — реальная 22,21μF (SAMWHA);
Как видим, самым некачественным оказался конденсатор EPCOS B41828 105°C 470μF(M)25V.
Эти же конденсаторы были проверены мультиметром Victor VC9805A+. Так вот, он показал ёмкость конденсаторов меньше. Для кондёра 220μF (400V) он вообще намерил 187μF!
Неисправность электролитического конденсатора можно определить при внешнем осмотре. Если корпус его имеет разрыв насечки в верхней части корпуса – 100% его надо менять. Разрыв защитной насечки на корпусе свидетельствует о том, что на конденсатор действовало завышенное напряжение, вследствие чего и произошёл, так называемый, «взрыв».
Как уже говорилось, пробой алюминиевых электролитических конденсаторов явление достаточно редкое. Вместо этого имеет место такой вот «взрыв» или «вздутие». Происходит это от того, что при превышении допустимого напряжения или при переполюсовке, в конденсаторе начинается бурная химическая реакция. Она приводит к нагреву и испарению электролита, пары которого давят на стенки корпуса и разрывают защитный клапан.
«Взорвавшийся» электролитический конденсатор
Такие дефекты конденсаторов появляются, например, при воздействии мощного электрического разряда на электронный прибор во время грозы или сильных скачков напряжения в электроосветительной сети 220V.
Аналогичный эффект «вздутия» алюминиевого электролитического конденсатора проявляется и при его длительной эксплуатации. Так как электролит жидкий, то он имеет свойство испаряться при нагреве и длительной эксплуатации.
Стоит отметить, что конденсатор нагревается не только снаружи, но и изнутри. Связано это с наличием эквивалентного последовательного сопротивления (ESR). При испарении электролита ёмкость конденсатора заметно снижается. Со временем он всё сильнее «вздувается». Про такой конденсатор говорят, что он высох.
При ремонте электронной аппаратуры порой бывают случаи, что в блоке питания прибора, отслужившего не один год, можно обнаружить целую грядку таких «дутышей».
Потеря ёмкости может быть причиной поломки телевизора. Такая неисправность не редкость. Об одной из них я уже рассказывал здесь.
Современные ЖК-телевизоры «конденсаторная чума» также не обходит стороной. Ознакомьтесь.
В современных условиях, когда имеет место широкое распространение импульсной техники, такой параметр, как ESR необходимо учитывать при тестировании электролитических конденсаторов. На сайте имеется таблица со значениями ESR новых конденсаторов разной ёмкости. В некоторых случаях, можно ориентироваться на неё.
Но, стоит знать, что в этой таблице приведены величины ESR преимущественно для одной серии конденсаторов (Jamicon, серия TK). Эта серия не относится к конденсаторам с низким ESR или низким импедансом (Low ESR/Low Impedance). Отличительным её свойством является широкий температурный диапазон эксплуатации, а данные о ESR в даташите на серию вообще не приводятся.
Так как большинство мультиметров не поддерживают функцию замера ESR, то при необходимости лучше приобрести специализированный тестер или универсальный тестер радиокомпонентов. Это незаменимый прибор в мастерской радиолюбителя и любого радиомеханика.
Меры предосторожности при проверке электролитических конденсаторов.
При проверке электролитического конденсатора необходимо полностью его разрядить! Особенно этого правила стоит придерживаться при проверке конденсаторов, имеющих большую ёмкость и высокое рабочее напряжение. Если этого не сделать, то можно испортить измерительный прибор высоким остаточным напряжением.
Например, часто приходиться проверять исправность конденсаторов, которые применяются в импульсных блоках питания. Их ёмкость и рабочее напряжение достаточно велики и при неполном разряде могут привести к порче мультиметра.
Поэтому перед проверкой их следует обязательно разрядить, закоротив выводы накоротко (для низковольтных конденсаторов с малой ёмкостью). Сделать это можно обычной отвёрткой.
Электролитический конденсатор ёмкостью 220 мкФ и рабочим напряжением 400 вольт
Конденсаторы с ёмкостью более 100 мкФ и рабочим напряжением от 63V желательно разряжать уже через резистор сопротивлением 5-20 килоОм и мощностью 1 – 2 Вт. Для этого выводы резистора соединяют с выводами конденсатора на несколько секунд, чтобы убрать остаточный заряд с его обкладок. Разряд конденсатора через резистор применяется для того, чтобы исключить появление мощной искры.
При проведении данной операции не стоит касаться руками выводов конденсатора и резистора, иначе можно получить неприятный удар током при разряде обкладок. Резистор лучше зажать пассатижами в изоляции и уже тогда соединить его с выводами конденсатора.
При закорачивании выводов заряженного электролитического конденсатора проскакивает искра, иногда очень мощная.
Поэтому следует позаботиться о защите лица и глаз. По возможности применять защитные очки или держатся от конденсатора при проведении таких работ подальше.
Проверка конденсаторов с помощью омметра.
Самым доступным и распространённым прибором, с помощью которого можно провести тестирование конденсатора, является цифровой мультиметр, включенный в режим омметра.
Поскольку конденсатор не пропускает постоянный ток, то сопротивление между его выводами (обкладками) должно быть очень большим и ограничиваться лишь так называемым сопротивлением утечки. В реальном конденсаторе диэлектрик, несмотря на то, что он является изолятором, всё-таки пропускает незначительный ток. Обычно, этот ток очень мал и не учитывается. Он называется током утечки.
Данный способ подходит для проверки неполярных конденсаторов. У них сопротивление утечки бесконечно большое и, если измерить сопротивление между выводами такого конденсатора цифровым мультиметром, то прибор зафиксирует бесконечно большое значение.
Обычно, если у конденсатора присутствует электрический пробой, то сопротивление между его обкладками составляет довольно малую величину – несколько единиц или десятки Ом. Пробитый конденсатор, по сути, является обычным проводником.
На практике проверить на пробой любой неполярный конденсатор можно так:
Переключаем мультиметр в режим измерения сопротивления и устанавливаем самый большой из возможных пределов. Для цифровых мультитестеров серий DT-83x, MAS83x, M83x, это будет предел 2M (2000k), то бишь, 2 мегаома.
Далее подключаем измерительные щупы к выводам проверяемого конденсатора. Если он исправен, то прибор не покажет никакого значения и на дисплее засветиться единичка. Это свидетельствует о том, что сопротивление утечки более 2 мегаом.
Этого достаточно, чтобы в большинстве случаев судить об исправности конденсатора. Если цифровой мультиметр чётко зафиксирует какое-либо сопротивление, которое меньше 2 мегаом, то, скорее всего, конденсатор имеет большую утечку.
Следует учесть, что держаться обеими руками выводов конденсатора и металлических щупов мультиметра при измерении нельзя! В таком случае прибор зафиксирует сопротивление вашего тела, а не сопротивление конденсатора. Поскольку сопротивление тела человека меньше сопротивления утечки, то ток потечёт по пути наименьшего сопротивления, то есть через ваше тело по пути рука – рука. Результат измерения будет некорректный. Об этом простом правиле стоит помнить при проверке и других радиодеталей.
Проверка полярных электролитических конденсаторов с помощью омметра несколько отличается от проверки неполярных.
Сопротивление утечки полярных конденсаторов обычно составляет не менее 100 килоОм. Для более качественных конденсаторов это значение составляет не менее 1 мегаома.
При проверке таких конденсаторов омметром следует сначала их разрядить, замкнув выводы накоротко. Если этого не сделать, то есть риск сжечь мультиметр.
Далее необходимо установить предел измерения сопротивления не ниже 100 килоОм. Для упомянутых выше конденсаторов это будет предел 200k (200000 Ом). Далее соблюдая полярность подключения щупов, измеряют сопротивление утечки.
Так как электролитический конденсатор имеют довольно большую емкость, то при проверке он начнёт заряжаться. Этот процесс занимает несколько секунд, в течение которых сопротивление на цифровом дисплее будет расти – показания на нём будут увеличиваться. Это будет продолжаться до тех пор, пока конденсатор полностью не зарядится. Если значение измеряемого сопротивления перевалило за 100 килоОм, то в большинстве случаев можно с достаточной уверенностью судить об исправности проверяемого элемента.
Одной из рядовых неисправностей электролитических конденсаторов является частичная потеря ёмкости. В таких случаях его ёмкость заметно меньше, чем указанная на корпусе. Определить такую неисправность при помощи омметра сложно. Я бы сказал, что невозможно. Для точного обнаружения такой неисправности, как потеря ёмкости потребуется измеритель ёмкости, который есть не в каждом мультиметре.
Также с помощью омметра трудно обнаружить такую неисправность конденсатора как обрыв.
Для полярных электролитических конденсаторов косвенным признаком обрыва может служить отсутствие изменения показаний на дисплее мультиметра при замере сопротивления.
Для неполярных конденсаторов малой ёмкости обнаружить обрыв практически невозможно, поскольку исправный конденсатор имеет очень высокое сопротивление. Заряд ёмкости такого конденсатора проходит очень быстро и из-за этого невозможно определить имеет ли конденсатор хоть какую-то ёмкость. На дисплее мультиметра показания меняться не будут, как это происходит при заряде ёмкого электролитического конденсатора.
Как вы уже поняли, обнаружить обрыв в неполярном конденсаторе можно лишь с помощью прибора для измерения ёмкости.
На практике обрыв в конденсаторах встречается довольно редко, в основном такое бывает при механических повреждениях. Куда чаще при ремонте аппаратуры приходиться заменять конденсаторы, имеющие электрический пробой либо частичную потерю ёмкости.
Проверка конденсатора стрелочным омметром.
Ранее, когда среди радиолюбителей были распространены стрелочные омметры, проверка конденсаторов проводилась похожим образом. При этом конденсатор заряжался от батареи омметра и сопротивление, показываемое стрелкой прибора, росло. В конечном итоге величина его достигала значения сопротивления утечки.
По скорости отклонения стрелки измерительного прибора от нуля и до конечного значения оценивали и емкость электролитического конденсатора. Чем дольше проходила зарядка (дольше отклонялась стрелка прибора), тем, соответственно, была больше ёмкость. Для конденсаторов с небольшой ёмкостью (1 – 100 мкф) стрелка измерительного прибора отклонялась достаточно быстро, что свидетельствовало о небольшой ёмкости, а вот при проверке конденсаторов с ёмкостью от 1000 мкф и более, стрелка отклонялась значительно медленнее.
Проверка конденсаторов с помощью омметра является косвенным методом. Более точную и правдивую оценку об исправности конденсатора и его параметрах позволяет получить мультиметр с возможностью измерения электрической ёмкости.
Электролитические конденсаторы: устройство, виды, особенности эксплуатации, способы поиска неисправностей
В практической деятельности каждый электрик сталкивается с работой адаптеров, блоков питания, преобразователей напряжения. Во всех этих приборах широко используются электрические конденсаторы, которые на сленге часто называют «электролитами».
Их основное преимущество состоит в относительно большой величине емкости при сравнительно малых габаритах. К тому же их производство давно налажено, а стоимость относительно невелика.
Принципы устройства
Любой конденсатор состоит из двух обкладок, пространство между которыми заполнено диэлектриком.
Формула, показанная на картинке, напоминает, что емкость С зависит от площади каждой обкладки S, расстояния между пластинами d и диэлектрической проницаемости среды внутри их ε. Величина ε0 — это электрическая постоянная, определяющая напряженность электрического поля внутри вакуума.
Электролитический конденсатор отличается от всех остальных тем, что использует слой электролита, заполняющий пространство между двумя обкладками, чаще всего выполненными фольгированными пластинами. Причем одна из них покрыта небольшим диэлектрическим слоем оксидной пленки.
Электролит — раствор и вообще сложная жидкость, проводящая электрический ток. В аккумуляторах электролитом служит раствор серной кислоты (в свинцовых) или раствор едкого кали, либо едкого натра (в железоникелевых). В гальванических элементах электролитом служат также растворы каких-либо химических соединений (нашатыря, медного купороса и т. п.).
В электролитическом конденсаторе ленты из фольги складывают вместе, разделяя очень тонкой бумажной прокладкой, пропитанной электролитом. Ее величина около 1мкм позволяет значительно повысить емкость конденсатора. В приведенной выше формуле определения С толщина слоя диэлектрика d стоит в знаменателе.
Верхний слой фольги покрывают разделительной бумагой, а всю конструкцию сворачивают в рулон для помещения в цилиндрический корпус.
На концах фольги методами холодной сварки приваривают металлические пластины, обеспечивающие контакты для подключения к электрической схеме в качестве катода и анода. Причем положительный вывод образуется на пластине с оксидным слоем.
Роль катода выполняет электролит, который контактирует со всей поверхностью второй обкладки.
Поскольку емкость конденсатора зависит от площади пластин, то в технологию производства включен один из способов ее увеличения — это рифление поверхности со стороны электролита методами химического травления. Оно может выполняться за счет химической эрозии либо электрохимической коррозии.
Жидкие электролиты способны надежно затекать в созданные микроскопические углубления анода.
Оксидный слой на фольге создается во время электрического окисления. Этот процесс происходит при прохождении тока сквозь электролит. На картинке ниже показана вольт-амперная характеристика, демонстрирующая изменение токов внутри устройства при повышении напряжения.
Конденсатор нормально работает при номинальном напряжении и температуре. Если возникает перенапряжение, то возобновляется формирование слоя оксидов и начинает выделяться большое количество тепла, что ведет к газообразованию и повышению давления внутри герметичного корпуса.
Поэтому электролитические конденсаторы способны взрываться, что часто происходило со старыми конструкциями времен СССР, которые выполнялись единым корпусом без создания защиты от взрыва. Это свойство часто приводило к повреждению других, соседних элементов аппаратуры.
У современных моделей создается предохранительная мембрана, которая разрушается в начале газообразования и этим предотвращает взрыв. Ее изготавливают в виде насечек букв «Т», «Y» или знака «+».
Виды электролитических конденсаторов
По своей конструкции «электролиты» относятся к полярным устройствам, то есть, они должны работать при прохождении тока только в одну сторону. Поэтому их используют в цепях постоянного или пульсирующего напряжения с учетом направления прохождения электрических зарядов.
Для работы в цепях синусоидального тока созданы «неполярные электролиты». За счет дополнительных элементов в конструкции они при равной емкости обладают повышенными габаритами и, соответственно, стоимостью.
Электролитом между обкладками могут использоваться концентрированные растворы различных щелочей или кислот. По способу их наполнения конденсаторы подразделяют на:
- жидкостные;
- сухие;
- оксидно-металлические;
- оксидно-полупроводниковые.
В качестве материала анода может быть выбрана фольга из алюминия, тантала, ниобия или спеченный порошок. У оксидно-полупроводниковых конденсаторов катодом служит слой полупроводника, нанесенный непосредственно на оксидный слой.
Особенности эксплуатации
Способность электролитов выделять газы при нагреве диктует необходимость при работе конденсатора для обеспечения надежности создавать запас по номинальному напряжению до 0,5÷0,6 его величины. Особенно это актуально для использования в устройствах с повышенными температурами.
У конденсаторов, предназначенных для эксплуатации в цепях переменного напряжения, оговаривается рабочая частота. Обычно это 50 герц. Для работы с более высокочастотными сигналами необходимо снижать рабочее напряжение. Иначе возникнет перегрев диэлектрика и поломка, разрыв корпуса.
Электролиты с большой емкостью и малыми токами утечек способны длительно сохранять накопленный заряд. В целях безопасности для ускорения их разряда подключают параллельно выводам резистор с сопротивлением в 1 Мом и мощностью 0,5 Вт.
Для использования в высоковольтных устройствах применяют конденсаторы, собранные последовательными цепочками. Чтобы выровнять напряжение между ними на выводы каждого параллельно подключают резисторы с номиналом от 0,2 до 1 Мом.
При необходимости использования полярных электролитических конденсаторов в цепях переменного напряжения собирают схему, в которой ток через каждый элемент проходит только в одну сторону. Для этого используют диоды и токоограничивающий резистор.
Такие схемы раньше собирали для поворота фазы тока относительно напряжения при запуске мощных трехфазных асинхронных электродвигателей от однофазной сети. Сейчас этот вопрос уже теряет свою былую актуальность.
Отсутствие токоограничивающего резистора в такой цепочке приводит к перегреву диэлектрического слоя и выходу из строя электролитического конденсатора.
Жидкий электролит со времен высыхает через дефекты корпуса. За счет этого постепенно снижается емкость. Со временем она доходит до критического значения. Вышедший из рабочего состояния электролитический конденсатор чаще всего становится причиной поломки электротехнического прибора.
Неисправности конденсатора из-за нарушения эквивалентного сопротивления ESR
У электролитических конденсаторов есть еще одна техническая особенность, которая влияет на его характеристики при эксплуатации. Со временем работы у конденсатора постепенно снижается электрическая проводимость между обкладками и выводами за счет постоянно протекающих внутренних электротехнических процессов. Ее величину оценивают эквивалентным активным сопротивлением, которое обозначают индексом ESR. На русском языке называют ЭПС: эквивалентное последовательное сопротивление.
Эта возникающая паразитная характеристика не сказывается на работе электролитов в цепях с частотой до 50 герц, использующих выходную обмотку трансформатора, диодное выпрямление и конденсатор для сглаживания пульсаций. Но, в устройствах, использующих высокочастотные сигналы внутри импульсных блоков питания, такое добавленное активное сопротивление последовательно к емкости уже не позволяет работать схеме.
Конденсатор, обладающий повышенным ERS, ничем по внешнему виду не отличается от исправного. Просто его активное сопротивление увеличивается более одного Ома и может доходить до 10 Ом.
Способы определения
Промышленность выпускает приборы, позволяющие замерять эту величину на основе прототипа, изобретенного в России в 60-х годах. Они позволяют выполнять замеры без выпаивания конденсаторов из схемы, работают по принципу мостовых измерителей сопротивления для переменного тока.
Народные умельцы создают собственные упрощенные конструкции, позволяющие оценивать исправность конденсатора по этому параметру на основе определения активного сопротивления, превышающего 1 Ом. В качестве подобного индикатора можно собрать простой прибор, показанный на схеме.
Для его питания используется обычная пальчиковая батарейка. Светодиод своим свечением указывает пригодность электрического конденсатора по ERS-параметру за счет сравнения высокочастотных сигналов на тороидальном трансформаторе, приходящих от конденсатора и сформированного колебательного контура.
Изображение этой же схемы в несколько упрощенном виде показано ниже.
Испытуемый конденсатор подключают к обмотке, выполненной одним витком на трансформаторе из ферромагнитного сердечника с магнитной проницаемостью порядка 800÷1000. На этой обмотке напряжение не превышает 200 милливольт, поэтому можно оценивать характеристики электролита без выпаивания из платы.
Особой настройки такой индикатор не требует. Вполне достаточно проверить свечение светодиода на контрольном резисторе в один Ом и по нему ориентироваться в дальнейших замерах. Транзистор можно использовать любой, обладающий коллекторным током 100 мА и коэффициентом усиления больше 50.
Такой пробник будет неточно работать с конденсаторами, обладающими емкостью менее 100 мкФ.
Ионистор — суперконденсатор
Разновидностью конденсатора с электролитом, обеспечивающем протекание электрохимических процессов, является ионистор. Он использует эффект двойного электрического слоя, возникающего при соприкосновении материала обкладки с электролитом и объединяет функции конденсатора с химическим источником тока.
Его конструкция показана на картинке.
Здесь толщина образованного двойного слоя очень маленькая. Это позволяет значительно увеличивать емкость ионистора. Также у этих конденсаторов легче увеличить площадь контактируемой поверхности обкладок. Их делают из пористых материалов, например, активированного угля, вспененных металлов.
Емкость ионистора может достигать нескольких фарад при напряжении на обкладках до 10 вольт. Ее он набирает за короткое время и дальше надежно сохраняет. Поэтому эти модели используют для резервирования различных источников питания.
Условия эксплуатации сильно влияют на длительность работоспособного состояния ионистора. Если рабочая температура не превышает 40 градусов, а напряжение 60% номинального, то ресурс может составить более 40000 часов.
Стоит только увеличить его нагрев до 70 градусов, а напряжение — до 80%, как срок работы снижается до 500 часов. Ионисторы находят самое различное применение в быту. Они работают в комплектах солнечных батарей, автомобильной радиоаппаратуре, автоматике «умного дома».
Южнокорейский автомобильный производитель Hyundai Motor Company работает над выпуском автобусов с электроприводом, питающемся от ионисторов. Их заряд планируется выполнять во время кратковременных остановок на маршруте передвижения.
По своей сути этот вид транспорта полностью заменяет троллейбус, у которого исключается из работы вся контактная проводная сеть.
- Устройство и принципы работы магнитного пускателя
- Что такое ноль и фаза?
- Выбор автомата по количеству полюсов
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Вся правда о конденсаторах: волшебные свойства загадочных баночек
Было ли лучшее время для энтузиастов и любителей Hi-Fi, чем конец 1970-х и начало 1980-х годов? С одной стороны, так много всего происходило с развитием цифрового аудио, а с другой — наблюдался рост субъективизма. Внезапно проигрыватели и усилители стали оценивать не по уровню детонации, выходной мощности и гармоническим искажениям, а по их звучанию! И можно было даже всерьёз говорить о звучании кабелей. В этой новой атмосфере всё, что когда-то считалось само собой разумеющимся в области Hi-Fi, стало кандидатом на переоценку.
Пристальному изучению подверглось и влияние на звук пассивных электронных компонентов — резисторов, индуктивностей и конденсаторов. В особенности, конденсаторов. Знающие люди начали обсуждать такие явления как эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и диэлектрическое поглощение.
Сегодня мы нечасто слышим об этой теме, но не потому, что проблема была исчерпана. Скорее всего, разработчики нынче уделяют столь же пристальное внимание используемым пассивным компонентам, как и схемам, в которых они применяются, так что общественный фурор несколько стих.
Азы
В простейшем виде конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделённых воздухом (или, ещё лучше, вакуумом) и схематично изображён на рис. 1. Поскольку между пластинами нет проводящего пути, конденсатор блокирует постоянный ток (например, от батареи). При этом конденсатор, напротив, пропускает сигналы переменного тока — как раз такие как звуковые волны.
Проверенное решение
Мы нечасто сталкиваемся с воздушными конденсаторами, но если вы заглядывали внутрь старого лампового радиоприемника и видели элемент, отвечающий за настройку, который состоит из чередующихся металлических пластин, это как раз воздушный конденсатор переменной ёмкости. В большинстве конденсаторов, с которыми мы сталкиваемся в аудиотехнике и прочей электронике, в качестве изолирующего материала (диэлектрика), разделяющего пластины, не используется воздух, поскольку он имеет низкую диэлектрическую постоянную (1,0), а это означает, что воздушные конденсаторы большой емкости слишком громоздкие, чтобы быть практичными. По этой причине используются, в основном, твёрдые диэлектрики, с более высокими диэлектрическими свойствами, в том числе из керамики и различных видов пластмасс (например, ПВХ с диэлектрической проницаемостью 4,0). Именно здесь история становится особенно интересной, поскольку для всех этих диэлектриков характерны те или иные компромиссы в плане влияния на звук, в то время как воздух практически идеален.
Простые фильтры
Для начала, узнаем побольше о том, как ведут себя конденсаторы и для чего они используются. Конденсаторы блокируют постоянный ток и пропускают переменный, однако они не пропускают переменный ток с разной частотой одинаково. Это объясняется тем, что конденсаторы обладают реактивным сопротивлением, которое снижается с увеличением частоты (к слову, катушки индуктивности тоже обладают реактивным сопротивлением, которое, наоборот, увеличивается с ростом частоты).
Таким образом, конденсаторы пропускают высокочастотные сигналы легче, чем низкочастотные, что делает их крайне полезными в частотно-селективных цепях (то есть, в фильтрах), а также для устранения нежелательных сигналов (например, гул или шум с шины питания постоянного напряжения).
Простые фильтры верхних и нижних частот показаны на рис.2. В фильтре верхних частот (рис. 2а) последовательно включенный конденсатор подключен к шунтирующему резистору. В фильтре нижних частот (рис. 2b) конденсатор и резистор меняются местами.
Итак, конденсаторы зачастую используются для объединения цепей, отделения нежелательного шума в цепях постоянного напряжения и в частотно-селективных цепях (фильтрах). Поскольку конденсаторы накапливают электрический заряд, большие из них также применяются в качестве резервуаров в источниках питания переменного и постоянного тока. На рис. 3 показан типовой источник питания, включающий в себя понижающий трансформатор (он понижает напряжение сети), мостовой выпрямитель (который преобразует переменный ток из трансформатора в импульсный постоянный ток) и пару конденсаторов-резервуаров (сглаживающих пульсации после выпрямления переменного тока).
Подобные схемы встречаются во многих твердотельных аудиокомпонентах. Аналогичные решения используются и в ламповом оборудовании, но из-за высоких напряжений, требуемых для работы ламп, трансформатор здесь обычно повышает напряжение сети.
Ёмкость резервуарных конденсаторов, используемых в транзисторных усилителях мощности, может достигать 50 000 мкФ и более, тогда как в других случаях в схеме могут использоваться конденсаторы емкостью 1 НФ (одна тысячная микрофарада) или даже меньше. Таким образом, очевидно, что некоторые типы конденсаторов лучше подходят под определённые задачи, чем другие.
Важное уточнение
Как правило, самые большие резервуарные конденсаторы являются электролитическими, ведь они обеспечивают высокую ёмкость в сравнительно небольшом объёме. Такие конденсаторы содержат электролит (жидкость или гель), который химически реагирует с металлической фольгой внутри банки, образуя слой диэлектрика. Подобные электролитические конденсаторы, а также некоторые другие — например, танталовые, называются полярными, а несоблюдение полярности подключения может привести к их выходу из строя.
Другая разновидность — неполярные конденсаторы, которые можно подключать без учёта полярности. Подобные электролиты иногда использовались в пассивных кроссоверах акустических систем, однако такая практика сегодня устарела, поскольку плёночные конденсаторы справляются с этой задачей лучше, хоть и занимают больше места.
Конденсаторы также могут иметь различное расположение выводов — аксиальное (осевое) или радиальное. Преимущество радиальных электролитов заключается в том, что они занимают меньше площади на плате, однако их минус — в том, что они увеличивают её высоту. В больших электролитических конденсаторах обычно отказываются от выводов под пайку — в пользу винтовых клемм.
Что скрывают конденсаторы
Настоящие конденсаторы, как и настоящие политики, ведут себя не идеально, и именно здесь кроется причина их влияния на качество звука. Во-первых, на практике ни один конденсатор не является только ёмкостью — он также имеет индуктивность и сопротивление. На принципиальной схеме конденсатор обычно обозначается одним из символов на рис. 4 (все они визуально отсылают к двум разделенным пластинам), однако в реальности он представляет собой что-то вроде схемы, представленной на рис. 5. Резистор обозначенный на рисунке как ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) может быть не постоянным — сопротивление может зависеть от частоты. В случае с электролитическими конденсаторами, ESR обычно уменьшается с частотой.
Одним из последствий того, что у конденсаторов есть индуктивность (ESL или эквивалентная последовательная индуктивность на рис. 6), является то, что они, по сути, являются электрически резонансными. Если проанализировать импеданс конденсатора в зависимости от частоты, он не будет продолжать уменьшаться с ростом частоты. На рис. 6 показано, что импеданс достигает минимума (эквивалентного значению ESR) на резонансной частоте, а затем, по мере увеличения частоты, он снова начинает расти из-за ESL.
У больших электролитических конденсаторов частоты электрического резонанса обычно находятся в пределах звукового диапазона. У небольших конденсаторов частоты электрического резонанса могут превышать 1 МГц. Для увеличения частоты электрического резонанса для заданной емкости следует уменьшить ESL — последовательную индуктивность.
Для достижения этой цели, при разработке электролитических конденсаторов, где такая проблема стоит наиболее остро, применяются различные методы. Например, в конденсаторах DNM T-Network для снижения индуктивности используются специальные Т-образные соединения из фольги — таким образом, их резонансная частота более чем в два раза выше по сравнению со стандартной конструкцией (от 28 кГц до 75 кГц — в примере, который приводит компания DNM на своём веб-сайте).
ESR оказывает потенциально благотворное влияние на демпфирование электрического резонанса конденсатора, однако, в отличие от индуктивности или ёмкости, сопротивление генерирует тепло в то время, когда через конденсатор проходит ток. В больших ёмкостных конденсаторах, где проходящие через них токи велики, этот эффект внутреннего нагрева ограничивает безопасные условия эксплуатации. Тем не менее, электролитические конденсаторы лучше всего работают именно тёплыми.
Микрофонный эффект
Не секрет, что ламповое оборудование чувствительно к вибрации. Внутри вакуумированной стеклянной оболочки лампы находятся тонкие металлические электроды, расстояние между которыми влияет на работу лампы. Таким образом, если встряхнуть лампу достаточно сильно, это отразится на её электрической мощности — эффект, который называют «микрофонным», поскольку лампа в таком случае ведёт себя подобно микрофону.
Твердотельная электроника меньше подвержена этому эффекту, однако приведём в пример некий крайний случай: разработчики первых систем управления двигателем в гоночных автомобилях вскоре научились не прикреплять электронные блоки к двигателю, либо использовать хорошую изоляцию, иначе вибрации от двигателя могли нарушить её работу. Уровни вибрации, которые испытывает Hi-Fi оборудование при повседневном использовании, гораздо ниже, однако некоторые производители, среди которых, например, Naim Audio, по-прежнему прилагают большие усилия, чтобы свести к минимуму вероятное воздействие микрофонного эффекта.
Способность конденсатора накапливать заряд (его ёмкость) пропорциональна площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между ними, а «пластины» обычно представляют собой тонкую фольгу с тонкими слоями диэлектрика между ними. Это приводит к тому, что конденсаторы подвержены воздействию микрофонного эффекта, поскольку из-за вибрации расстояние между пластинами и, следовательно, значение ёмкости может меняться.
Таким образом, физические свойства материалов, из которых изготовлен конденсатор, могут быть столь же важны, как и электрические параметры. Но что ещё интереснее, вибрация извне не является необходимым условием для того, чтобы конденсаторы страдали от её воздействия, ведь силы, формируемые напряжениями и токами внутри самого конденсатора, также могут вызывать механические резонансы. Из-за этого эффекта можно даже услышать, как некоторые конденсаторы издают звук, когда через них проходит сигнал. В кроссовере акустической системы, где уровни вибраций, напряжения и токи высоки, присутствует «идеальный шторм» факторов, которые делают выбор подходящего конденсатора особенно важной задачей.
Ключевые слова
Проблема микрофонного эффекта и механических резонансов конденсаторов активно обсуждалась на протяжении многих лет, однако исследований по этому вопросу было достаточно мало. Во всяком случае, мало опубликованных исследований. Но те, что существуют, подтверждают мнение, что данный эффект может оказывать заметное влияние качества звучания.
К тому же, в некоторых случаях конденсаторы могут приводить к необычайно высоким уровням гармонических и интермодуляционных искажений. Понимание того, как и почему это происходит, позволяет разработчикам сосредоточить свои усилия на доработке электронной схемы и тщательном выборе электронных компонентов — таким образом, чтобы это принесло наибольшую пользу.
Конденсатор: что это такое и для чего он нужен
Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.
Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд.
Количество заряда, которое способен накопить конденсатор, называют «емкостью». Эта величина измеряется в фарадах.
Принцип работы конденсаторов
При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение – минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.
В процессе накопления заряда электроны скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы – на другой. Между пластинами заряд не перетекает из-за присутствия диэлектрика. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор –накопителем электрического поля.
Устройство конденсаторов
Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:
Пакетная конструкция
Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием.
Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.
Трубчатая конструкция
Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы. Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом. Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.
Дисковая конструкция
Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.
Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.
Литая секционированная конструкция
Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.
Рулонная конструкция
Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту наносят металлический слой толщиной до 1 мкм.
Где используются конденсаторы
Конденсаторы применяются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструменте, кондиционерах, холодильниках, мобильных телефонах и т.п.
В зависимости от выполняемых функций их разделяют на общего назначения и узкоспециальные.
К конденсаторам общего назначения относятся низковольтные накопители, которые используются в большинстве видов электроаппаратуры.
К узкоспециализированным относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические ипусковые конденсаторы.
Функции, выполняемые конденсаторами:
- фильтрация высокочастотных помех;
- сведение к минимуму пульсаций;
- разделение сигнала на постоянные и переменные компоненты;
- накопление энергии;
- создание резонанса с катушкой индуктивности, что позволяет усилить сигнал.
Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока
В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, мешающий протеканию тока. Если напряжение приложить к обкладкам разряженной детали, то ток потечет. При этом конденсатор будет заряжаться, сила тока падать, напряжение на обкладках повышаться. При достижении равенства напряжения на обкладках и источника электропитания течение тока прекращается.
При постоянном напряжении конденсатор удерживает заряд при включенном питании. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.
Переменный ток заряженный конденсатор тоже не пропускает. Но за один период синусоиды дважды происходит зарядка и разрядка накопителя, поэтому ток получает возможность протекать через конденсаторв периодего разрядки.
Виды и классификация конденсаторов
Конденсаторы различных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение определенных задач и обладают различными побочными эффектами.
Основной признак, по которому классифицируют конденсатор, – это вид диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.
Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком – оксидная пленка, а катодом – твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.
Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они применяются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.
В танталовых конденсаторах катод изготавливается из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость в единице объема или массы диэлектрика). Это значит, что танталовые конденсаторы гораздо компактнее алюминиевых такой же емкости.
У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Устройства ранних поколений грешат отказами, возможны возгорания. Они могут произойти при подаче слишком высокого пускового тока, который меняет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком. При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что и приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не дают отказов, не вздуваются, не возгораются.
Пленочные и металлопленочные конденсаторы
Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из полимерной пленки, расположенный между слоями металлофольги.
Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях – до 1000 В.
Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но для всех видов характерны небольшие емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности, эти приборы используются в высокочастотных схемах.
Основные различия между конденсаторами с разными типами пленок:
- Конденсаторы с диэлектриком в виде полипропиленовой пленки применяются в цепях, в которых предъявляются высокие требования к температурной и частотной стабильности. Они подходят для систем питания, подавления ЭМП.
- Конденсаторы с диэлектриком в виде полиэстеровой пленки обладают низкой стоимостью и способны выдерживать высокие температуры при пайке. Частотная стабильность, по сравнению с полипропиленовыми видами, ниже.
- Конденсаторы с диэлектриком из поликарбонатной и полистиреновой пленки, которые использовались в старых схемах, сегодня уже неактуальны.
Керамические конденсаторы
В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.
Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мкФ.
Керамика имеет пьезоэлектрический эффект (способность диэлектрика поляризоваться под воздействием механических усилий), поэтому некоторые виды этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электроцепи воспринимает вибрации, как микрофон, что становится причиной помех.
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с непромасленной бумагой более компактны, но они имеют существенный недостаток – увеличивают энергопотери под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.
Основные параметры конденсаторов
Емкость
Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь проводниковых обкладок и чем меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика. На приборе указывается номинальная емкость. Реальная емкость, в зависимости от эксплуатационных условий, может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные варианты номинальной емкости – от единиц пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.
Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами». Они обладают отрицательной емкостью, то есть с ростом напряжения их заряд уменьшается, и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность позволит ускорить работу компьютеров и снизить риск их перегрева.
Что будет, если поставить накопитель большей/меньшей емкости, по сравнению с требуемой? Если речь идет о сглаживании пульсаций напряжения в блоках питания, то установка конденсатора с емкостью, превышающей нужную величину (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию. Монтаж конденсатора с меньшей емкостью может ухудшить работу схемы. В других случаях возможность установки детали с параметрами, отличающимися от заданных, определяют конкретно для каждого случая.
Удельная емкость
Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем меньше его напряжение пробоя.
Плотность энергии
Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, в которых масса корпуса значительно ниже, чем масса обкладок и электролита.
Номинальное напряжение
Его значение отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебанием параметров в заданных пределах. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов с повышением температуры номинальное напряжение снижается.
Полярность
К полярным относятся электролитические конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный заряды. На устройствах отечественного производства обычно ставился знак «+» у положительного электрода. На импортных приборах обозначается отрицательный электрод, возле которого стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при корректном подключении полярности напряжения. Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.
Что будет, если перепутать полярность конденсатора? Обычно в этом случае приборы выходят из строя. Это происходит из-за химического разрушения диэлектрика, которое вызывает рост силы тока, вскипание электролита и, как следствие, вздутие корпуса и вероятный взрыв.
К группе неполярных конденсаторов относится большинство накопителей заряда. Эти детали обеспечивают корректную работу при любом порядке подключения выводов в цепь.
Паразитные параметры конденсаторов
Конденсаторы, помимо основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», которые искажают рабочие свойства колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.
К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые разделяются на следующие составляющие:
- Электрическое сопротивление изоляции (r), которое определяется по формуле: r = U/Iут, в которой U – напряжение источника питания, Iут – ток утечки.
- Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала обкладок, выводов, контактов между ними, потерями в диэлектрическом слое. ЭПС возрастает с ростом частоты тока, подаваемого на накопитель. В большинстве случаев эта характеристика не принципиальна. Исключение составляют электролитические накопители, устанавливаемые в фильтрах импульсных блоков питания.
- Эквивалентная последовательная индуктивность – L. На низких частотах этот параметр, обусловленный собственной индуктивностью обкладок и выводов, не учитывается.
К паразитным параметрам также относится Vloss – незначительная величина, выражаемая в процентах, которая показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.
Обозначение конденсаторов на схеме
На чертежах конденсатор с постоянной емкостью обозначают двумя параллельными черточками — обкладками. Их подписывают буквой «C». Рядом с буквой ставят порядковый номер элемента на схеме и значение емкости в пФ или мкФ.
В конденсаторах переменной емкости параллельные черточки перечеркиваются диагональной чертой со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной чертой с черточкой на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная обкладка.
| Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |
| Конденсатор постоянной ёмкости | |
| Поляризованный (полярный) конденсатор | |
| Подстроечный конденсатор переменной ёмкости | |
| Варикап |
Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи
Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.
Последовательное
Последовательное соединение позволяет подавать на обкладки большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждого накопителя. Если емкости деталей равны, то напряжение распределяется поровну.
Получаемая емкость в такой цепи находится по формуле:
Если провести вычисления, то станет понятно, что увеличение напряжения в цепи достигается существенным падением емкости. Например, если в цепь подсоединить последовательно два конденсатора емкостью 10 мкФ, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.
Параллельное
Это наиболее распространенный на практике способ, позволяющий увеличить общую емкость в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с суммарной площадью проводящих пластин. Общая емкость системы представляет собой сумму емкостей соединенных деталей.
Напряжение на всех элементах будет одинаковым.
Маркировка конденсаторов
В маркировке конденсатора, независимо от его типа, присутствуют два обязательных параметра – емкость и номинальное напряжение. Наиболее распространена цифровая маркировка, указывающая величину сопротивления. В ней используется три или четыре цифры.
Кратко суть трехфциферной маркировки: первые две цифры, находящиеся слева, указывают значение емкости в пикофарадах. Самая правая цифра показывает, сколько нулей надо прибавить к стоящим слева цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ. На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначаются как mmf.
В кодовом обозначении с четырьмя цифрами емкость в пикофарадах обозначают первые три цифры, а четвертая указывает на количество нулей, которые требуется добавить. Например: 2353=235х103 пФ.
Для обозначения емкости также может применяться буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, которая указывает место установки десятичной запятой. Например, 0R8=0,8 пФ.
На корпусе значение напряжения указывается числом, после которого ставятся буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если указание на допустимое напряжение отсутствует, то конденсатор может использоваться только в низковольтных цепях.
Помимо емкости и напряжения, на корпусе могут указываться и другие характеристики детали:
- Материал диэлектрика. Б – бумага, С – слюда, К – керамика.
- Степень защиты от внешних воздействий. Г – герметичное исполнение, О – опрессованный корпус.
- Конструкция. М – монолит, Б – бочонок, Д – диск, С – секционный вариант.
- Режим по току. И – импульсный, У – универсальный, Ч – только постоянный ток, П – переменный/постоянный.
Как проверить работоспособность конденсатора
Для проверки конденсатора на работоспособность используют мультиметр. Прежде чем проверить накопитель, необходимо определить, какой именно прибор находится в схеме – полярный (электролитический) или неполярный.
Проверка полярного конденсатора
При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: плюсовой должен быть прижат к плюсовой ножке, минусовой – к минусу. Если вы перепутаете полярность, конденсатор выйдет из строя.
После выпайки детали ее кладут на свободное пространство. Мультиметр включают в режим измерения сопротивления («прозвонки»).
Щупами дотрагиваются до выводов прибора с соблюдением полярности. Правильная ситуация, когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно расти. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для исправного устройства, – 1. Если вы только прикоснулись щупами к выводам, а на экране появилась сразу цифра 1, значит, прибор неисправен. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.
Проверка неполярного конденсатора
В этом случае проверка предельно простая. Диапазон измерений выставляют на отметку 2 МОм. Щупы присоединяют к выводам конденсатора в любом порядке. Полученное значение должно превышать двойку. Если на дисплее высвечивается значение менее 2 МОм, то деталь неисправна.
Как зарядить и разрядить конденсатор
Для зарядки накопителя его подсоединяют к источнику постоянного тока. Зарядка прекращается, когда напряжение источника питания сравнивается по величине с напряжением на обкладках.
Разрядка конденсатора может понадобиться для безопасной разборки бытовых приборов и электронных устройств. Накопители электронных устройств разряжают с помощью обычной диэлектрической отвертки. Для разрядки крупных накопителей, которые устанавливаются в бытовых приборах, необходимо собрать специальное разрядное устройство.