Как подобрать конденсатор

Среди всего разнообразия радиоэлементов, используемых в схемотехнике, немаловажную и специфическую роль играют конденсаторы. Поскольку конденсаторы применяются в самых разнообразных областях радиотехники (от микропроцессорной техники до силовых установок), они имеют ряд отличительных особенностей и характеристик.

Внешний вид конденсаторов

Свойства и параметры конденсаторов

Конденсатор представляет собой систему из двух изолированных друг от друга проводников. При подключении источника питания к конденсатору на одной его пластине накапливается положительный заряд, создающий электрическое поле с напряженностью +Е, а на второй – отрицательный заряд, формирующий электрическое поле с напряженностью -Е. Величины этих зарядов одинаковые, но противоположны по знаку. Способность конденсатора накапливать заряд называется электрической емкостью.

Величина электрической емкости прямо пропорциональна заряду одного из проводников и обратно пропорциональна разности потенциалов или напряжению между проводниками:

C=q/Δφ.

Поскольку каждая из заряженных пластин плоского конденсатора создает вблизи поверхности электрическое поле, модуль напряженности которого равен:

E=σ/2ε0ε, где:

• Е – напряженность поля;
• σ – поверхностная плотность заряда;
• ε0 – электрическая постоянная;
• ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

соответственно, объединив оба выражения, получается, что емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин конденсатора, диэлектрической проницаемости диэлектрика и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами:

C= ε0εS/d, где:

• S – площадь обкладки конденсатора;
• d – расстояние между обкладками, или толщина диэлектрика.

Силовые линии электрического поля конденсатора

По своему исполнению конденсаторы подразделяются на:

1. Вакуумные конденсаторы – в качестве диэлектрика выступает вакуум;
2. Конденсаторы с газообразным диэлектриком;
3. Конденсаторы с жидким диэлектриком;
4. Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком. В качестве такого диэлектрика выступают бумага, металлобумага, пленочный и бумажнопленочный диэлектрик и тонкослойный диэлектрик из органических синтетических пленок;
5. Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Диэлектриком в них выступает оксидный слой, являющийся анодом. Второй обкладкой, или катодом, выступают либо электролит – в электролитических конденсаторах, либо слой полупроводника – в оксидно-полупроводниковых конденсаторах, нанесенных непосредственно на оксидный слой. В зависимости от типа конденсатора, анод изготавливается из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги.

По возможности изменения емкости конденсаторы подразделяются на:

• Постоянные – емкость не меняется на всем сроке службы;
• Переменные – допускается изменение емкости в процессе функционирования;
• Подстроечные – емкость меняется разово или с некоторой периодичностью.

К основным параметрам конденсаторов относятся:

1. Электрическая или номинальная емкость конденсаторов;
2. Удельная емкость конденсаторов – представляет собой отношение номинальной емкости к объему или массе диэлектрика. Максимальное значение достигается при минимальной толщине диэлектрика, хотя при этом уменьшается напряжение пробоя;
3. Номинальное напряжение конденсаторов – представляет собой такое напряжение, при котором элемент будет работать с сохранением своих параметров в течение всего срока службы;
4. Полярность конденсаторов. Электролитические конденсаторы, ввиду своих конструктивных особенностей, функционируют только при корректной полярности напряжения. При противоположном подключении диэлектрик разрушается, и конденсатор выходит из строя.

Сокращенное обозначение конденсаторов:

• К – постоянный;
• КТ – подстроечный;
• КП – переменной емкости;
• КС – конденсаторные сборки;
• КМ – керамический монолитный;
• 10 – керамический, до 1600В;
• 15 – керамический, от 1600В;
• 20 – кварцевый;
• 21 – стеклянный;
• 22 – стеклокерамический;
• 23 – стеклоэмалевый;
• 26 – тонкопленочный с неорганическим диэлектриком;
• 31 – слюдяной;
• 40 – бумажный и фольговый;
• 50 – оксидный, электролитический;
• 60 – воздушный;
• 61 – вакуумный;
• 70 – полистирольный диэлектрик.

Принципы подбора конденсаторов

Сталкиваясь с проблемой, как подобрать конденсатор, нужно запомнить несколько правил, которые позволят устройству работать долгое время с заданными характеристиками.

Для замены вышедшего из строя конденсатора достаточно переписать его маркировку и характеристики. Далее остается приобрести компонент, подбирая его в магазине, и заменить бракованный в схеме.

Многие устройства, используемые человеком, требуют постоянного электрического питания. Не возникает проблем, если под рукой имеется трансформаторный блок питания. Однако и понижающий трансформатор имеет свой основной недостаток, заключающийся в больших размерах и весе, он требует для себя отдельного места. Решить эту проблему можно, благодаря бестрансформаторному блоку питания, изготовленному на основе гасящего конденсатора.

Схема простого бестрансформаторного блока питания

Согласно схеме на рис. выше, во входном контуре размещен гасящий конденсатор С1, на котором глушится входное напряжение. Поскольку на входе устройства ток переменный, и конденсатор непрерывно перезаряжается, то на его выходе присутствует некий ток. Конденсатор большей емкости обуславливает больший ток. Соответственно, расчет гасящего конденсатора начинается с указания нагрузочного тока и напряжения.

Емкость гасящего или балластного конденсатора определяется по формуле:

C=Iэф/ 2πƒ√U2вх-U2вых, где:

• С – емкость гасящего конденсатора (Ф);
• Iэф – выходной ток блока питания;
• ƒ – частота тока сети;
• Uвх – входное напряжение;
• Uвых – выходное напряжение.

При подборе конденсатора дополнительно необходимо обратить внимание на такие его параметры:

1. Напряжение конденсатора;
2. Тип конденсатора.

При питающем напряжении 220В нужно поставить конденсатор, рассчитанный на 400В. Однако надежнее использовать конденсатор с большей величиной напряжения. Но можно ли поставить его в схему или нет, определяет сам размер устройства, ввиду габаритов конденсатора. Максимально надежными по типу являются пленочные плоские конденсаторы, полиэтилентерефталатные металлизированные, МГБО, комбинированные и их аналоги.

Использование гасящих конденсаторов вместо трансформаторов максимально упростило создание компактных и надежных блоков питания. Рассчитать емкости и подобрать балластный конденсатор не составит большого труда даже для начинающих радиолюбителей.

Видео