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](https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/05/kartinka-1-600x397.jpg?x44801)
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](https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/05/kartinka-2-600x295.jpg?x44801)
Силовые линии электрического поля конденсатора
По своему исполнению конденсаторы подразделяются на:
- Вакуумные конденсаторы – в качестве диэлектрика выступает вакуум;
- Конденсаторы с газообразным диэлектриком;
- Конденсаторы с жидким диэлектриком;
- Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком. В качестве такого диэлектрика выступают бумага, металлобумага, пленочный и бумажнопленочный диэлектрик и тонкослойный диэлектрик из органических синтетических пленок;
- 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:
- Электрическая или номинальная емкость конденсаторов;
- 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;
- Номинальное напряжение конденсаторов – представляет собой такое напряжение, при котором элемент будет работать с сохранением своих параметров в течение всего срока службы;
- 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](https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/05/kartinka-3-600x244.jpg?x44801)
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:
- Напряжение конденсатора;
- 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.