Конденсаторные радиодетали содержат в себе пластины из электропроводящего вещества, разделенные прослойкой диэлектрика. От других устройств, используемых в электроцепях, они отличаются способностью накапливать электрический заряд. Чтобы правильно выбрать подходящую деталь, нужно иметь представление о том, что собой представляет описывающая емкость конденсатора единица измерения, и уметь читать обозначения на маркировке.
Емкостные радиодетали
Прочие способы измерения
Максимальной точности данных можно достигнуть при применении индикатора иммитанса. Проблема в том, что такие устройства требуют больших бюджетных вложений, зачастую имея цену более 100 тысяч рублей.
Еще один способ – собрать цепь из резистора и конденсатора. Предварительно у первого замеряют сопротивление, а также измеряют напряжение источника питания. Собрав цепь, емкостной элемент закорачивают, подключают цепь к питанию, замеряют напряжение и умножают на 0,95. После раскорачивания замеряют время, за которое напряжение упадет от 100 до 95%. Эту цифру надо поделить на утроенное резисторное сопротивление. Это и будет емкостной показатель в фарадах.
Единицу фарад используют для описания емкостных показателей, как конденсаторных устройств, так и проводников. Для правильного подбора деталей необходимо уметь расшифровывать маркировку на корпусе.
Конденсатор в цепи переменного тока
Соберем цепь с конденсатором, в которой генератор переменного тока создает синусоидальное напряжение. Разберем последовательно, что произойдет в цепи, когда мы замкнем ключ. Начальным будем считать тот момент, когда напряжение генератора равно нулю. В первую четверть периода напряжение на зажимах генератора будет возрастать, начиная от нуля, и конденсатор начнет заряжаться. В цепи появится ток, однако в первый момент заряда конденсатора, несмотря на то, что напряжение на его пластинах только что появилось и еще очень мало, ток в цепи (ток заряда) будет наибольшим.
По мере же увеличения заряда конденсатора ток в цепи убывает и доходит до нуля в момент, когда конденсатор полностью зарядится. При этом напряжение на пластинах конденсатора, строго следуя за напряжением генератора, становится к этому моменту максимальным, но обратного знака, т. е. направлено навстречу напряжению генератора. Таким образом, ток с наибольшей силой устремляется в свободный от заряда конденсатор, но тут же начинает убывать по мере заполнения зарядами пластин конденсатора и падает до нуля, полностью зарядив его.
Сравним это явление с тем, что происходит с потоком воды в трубе, соединяющей два сообщающихся сосуда ,один из которых наполнен, а другой пустой. Стоит только выдвинуть заслонку, преграждающую путь воде, как вода сразу же из левого сосуда под большим напором устремится по трубе в пустой правый сосуд. Однако тотчас же напор воды в трубе начнет постепенно ослабевать, вследствие выравнивания уровней в сосудах, и упадет до нуля. Течение воды прекратится. Подобно этому и ток сначала устремляется в незаряженный конденсатор, а затем постепенно ослабевает по мере его заряда.
С началом второй четверти периода, когда напряжение генератора начнет сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее убывать, заряженный конденсатор будет разряжаться на генератор, что вызовет в цепи ток разряда. По мере убывания напряжения генератора конденсатор все больше и больше разряжается и ток разряда в цепи возрастает. Направление тока разряда в этой четверти периода противоположно направлению тока заряда в первой четверти периода. Соответственно этому кривая тока, пройдя нулевое значение, располагается уже теперь ниже оси времени.
К концу первого полупериода напряжение на генераторе, а также и на конденсаторе быстро приближается к нулю, а ток в цепи медленно достигает своего максимального значения. Вспомнив, что величина тока в цепи тем больше, чем больше величина переносимого по цепи заряда, станет ясным, почему ток достигает максимума тогда, когда напряжение на пластинах конденсатора, а следовательно, и заряд конденсатора быстро убывают.
С началом третьей четверти периода конденсатор вновь начинает заряжаться, но полярность его пластин, так же как и полярность генератора, изменяется «а обратную, а ток, продолжая течь в том же направлении, начинает по мере заряда конденсатора убывать, В конце третьей четверти периода, когда напряжения на генераторе и конденсаторе достигают своего максимума, ток становится равным нулю.
В последнюю четверть периода напряжение, уменьшаясь, падает до нуля, а ток, изменив свое направление в цепи, достигает максимальной величины. На этом и заканчивается период, за которым начинается следующий, в точности повторяющий предыдущий, и т. д.
Итак, под действием переменного напряжения генератора дважды за период происходят заряд конденсатора (первая и третья четверти периода) и дважды его разряд (вторая и четвертая четверти периода). Но так как чередующиеся один за другим заряды и разряды конденсатора сопровождаются каждый раз прохождением по цепи зарядного и разрядного токов, то мы можем заключить, что по цепи с емкостью проходит переменный ток.
Как измерить ёмкость конденсатора мультиметром
Чтобы произвести такую операцию, необходим прибор с режимом измерения емкости (часто помечается как С или Сх). Он должен иметь сопротивление, превышающее 2 килоом. Перед замерами надо произвести разрядку контактов устройства. Для этого подойдет отвертка с рукоятью, покрытой изоляционным материалом (например, прорезиненной). Нужно взять инструмент за рукоятку и дотронуться до контактов, после этого они замкнутся. Затем нужно подержать конденсатор обесточенным около получаса, чтобы он полностью разрядился.
Важно! При неисправности емкостной радиодетали измерительный прибор покажет бесконечное значение и начнет издавать пищащие звуки. Проверке нельзя подвергать устройства, имеющие проколы или выпуклости на корпусе – такие конденсаторы непригодны к эксплуатации
Электрическую цепь отключают от питания. После этого надо убедиться в его отсутствии, приставив щупы к поставщику при предварительно установленной программе измерения напряжения. Нужно, чтобы параметр имел нулевое значение.
Измерительный прибор ставят в режим измерения емкостного параметра. При использовании прибора с несколькими интервалами настроек выбирают тот, что подойдет с большей вероятностью (ориентируясь на данные маркировки). Если есть кнопка Rel, ее используют для освобождения щупов от емкостной нагрузки. Щупы ставят к выводам детали, строго соблюдая поляризацию. Если после ожидания экран сообщает о перегруженности, емкость слишком велика для идентификации этим прибором, либо надо выбрать другой интервал.
Измерение мультиметром
Паразитная емкость
Основная статья: Паразитная емкость
Любые два соседних проводника могут функционировать как конденсатор, хотя емкость небольшая, если проводники не расположены близко друг к другу на больших расстояниях или на большой площади. Эта (часто нежелательная) емкость называется паразитной или паразитной емкостью. Паразитная емкость может привести к утечке сигналов между изолированными цепями (эффект, называемый перекрестные помехи), и это может быть ограничивающим фактором для правильного функционирования цепей при высокая частота.
Паразитная емкость между входом и выходом в схемах усилителя может быть проблемой, поскольку может образовывать путь для Обратная связь, что может вызвать нестабильность и паразитные колебания в усилителе. Для аналитических целей часто бывает удобно заменить эту емкость комбинацией одной емкости входа-земли и одной емкости выхода-земли; исходная конфигурация, включая емкость входа-выхода, часто называется пи-конфигурацией. Теорема Миллера может быть использована для осуществления этой замены: она утверждает, что если коэффициент усиления двух узлов равен 1 /K
, затем сопротивление из
Z
соединение двух узлов можно заменить на
Z
/(1 −
k
) импеданс между первым узлом и землей и
KZ
/(
K
— 1) полное сопротивление между вторым узлом и землей. Поскольку сопротивление изменяется обратно пропорционально емкости, межузловая емкость,
C
, заменяется емкостью KC от входа до земли и емкостью (
K
− 1)
C
/
K
от выхода к земле. Когда усиление вход-выход очень велико, эквивалентное сопротивление входа-земли очень мало, в то время как полное сопротивление выхода-земли по существу равно исходному (вход-выход) импедансу.
Применение конденсаторов
Данная категория элементов очень широко применяется во всех областях электроники и ряде других отраслей промышленности. Среди основных сфер применения стоит обозначить:
- телевизионную и звуковоспроизводящую аппаратуру;
- радиолокационные приборы (здесь конденсаторы помогают генерировать импульсы и увеличивать их мощность);
- телефонные и телеграфные аппараты – в них устройства применяются с целью разделения типов цепей (по частоте, переменности-постоянности) и погашения искр в контактах;
- измерительные электронные приборы;
- лазеры (увеличение мощности импульсов);
- предохранение от перенапряжения в электроэнергетических установках;
- электросварочные работы с применением разряда;
- блокировку генерируемых машинами радиопомех;
- запуск электродвигателей и создание фазового сдвига в добавочной обмотке;
- генераторы, применяемые во время испытаний электротехники для получения импульсов тока и напряжения.
Размеры конденсаторных элементов
Фарад
Конденсаторные элементы используются в очень широком спектре сфер – от печатных плат (миниатюрные smd-компоненты) до мощных двигателей и генераторов импульсов. Для корректного подбора конденсатора нужно уметь расшифровывать маркировку и обозначения на схемах, в частности, ориентироваться в обозначениях емкости устройств.
Заряд конденсатора. Ток
По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.
Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.
В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.
Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.
Маркировка конденсаторов в зависимости от ёмкости
При приобретении элементов, соответствующих расчетным данным для той или иной цепи, пользователю нужно уметь расшифровывать обозначения на корпусах устройств, информирующие, сколько емкости они способны накопить. У различных производителей приняты разные системы маркировки радиодеталей.
Кодировка маленьких по размерам устройств
На корпусах советских радиодеталей было принято обозначать пикофарады целым числом (например, 25). Если на такой детали параметр указан числом, содержащим десятичную дробную часть, подразумеваются микрофарады. Сами буквенные обозначения (пФ, мкФ и им подобные) прописывать на корпусах было не принято.
Важно! Что касается российских изделий, нанофарады и микрофарады указываются традиционными сокращениями, в которых редуцируется буква Ф (получается «н» и «мк», соответственно). Емкость, исчисляющуюся в пикофарадах, указывают только числом, как и у советских деталей
Когда латинская приставка, указывающая кратную единицу, находится перед числом, последнее нужно считать как сотые доли. К примеру, n45 означает 0,45 нанофарад. Когда приставка находится в середине числа, на ее месте полагается быть запятой: 4u3 – 4,3 микрофарад. Применяется и трехзначная пикофарадная кодировка: когда последняя из цифр не больше 6, чтобы получить емкостное значение, к первым двум цифрам нужно приписать число нулей, соответствующее этой цифре (340 – 34 пикофарада, 342 – 3400). Цифры 7, 8 и 9 соответствуют перемножениям двузначного числа на 0,001, 0,01 и 0,1, соответственно.
Используется также обозначение номиналов изделий цветными полосами. Указание емкостного параметра регламентируется стандартом EIA.
Кодировка больших по размерам устройств
У крупногабаритных компонентов, к примеру, электролитических из алюминия, данные о параметрах, включая емкостной показатель, указываются на поверхности корпуса. Обычно емкость таких деталей выражается в микрофарадах. Буквы M или MFD символизируют именно эту единицу. Трехзначная аббревиатура может указываться и строчными буквами – mfd.
Маркировка крупных деталей
Способы маркировки емкости конденсатора
На деталях советского производства, чаще всего имеющих довольно большую площадь поверхности, наносились числовые значения емкости, ее единица измерения и номинальное напряжение в вольтах. Например, 23 пФ, то есть 23 пикофарада.
Расшифровка маркировки обозначений современных керамических конденсаторов отечественного и зарубежного производства – мероприятие более сложное.
Немного о параметрах
Про два последних параметра (мощность и допуск) стоит сказать пару слов. Допуск в характеристиках конденсаторов — это допустимое/возможное отклонение ёмкости от указанного номинала. Есть виды с малым допуском — в несколько процентов, есть с больши́м — до 20%. Заменить конденсатор с малым допуском на аналог по ёмкости и напряжению, но более высоким допуском можно далеко не всегда. Такое допустимо только в бытовой технике. И то, только там, где величина заряда не слишком критична. Но лучше искать замену с аналогичным допуском.
| Кодировка допустимого отклонения емкости | Допуск % |
| E | 0.005 |
| L | 0.01 |
| P | 0.002 |
| W | 0.005 |
| B | 0.1 |
| C | 0.25 |
| D | 0.5 |
| F | 1 |
| G | 2 |
| H | 2.5 |
| J | 5 |
| K | 10 |
| M | 20 |
| N | 30 |
| Q | -10 … +30 |
| T | -10…+50 |
| S | -20…+50 |
| Z | -20…+80 |
Часто бывает так, что периодически «вылетает» конденсатор на одном и том же месте. По нашей логике хочется заменить его на элемент с больши́м напряжением. Но здесь может быть 2 варианта. Во-первых: в цепи имеют место скачки напряжения превышающие номинальное напряжение детали. Во-вторых, не учтена реактивная мощность конденсатора, если он работает в высокочастотных цепях.
Советуем к прочтению: Что такое КИП и КИПиА: расшифровка аббревиатуры, назначение
По большей части параметр мощности не указывают и найти его можно в спецификации на деталь. Им обычно пользуются узкие специалисты.
Ещё может быть указан температурный коэффициент — ТКЕ, но он ставится далеко не во всех случаях. Он отображает изменение ёмкости в зависимости от температуры элемента. Обычно проставляется, если есть значительная зависимость. Если изменения незначительны, их просто опускают. Многие параметры легко узнавать имея тестер радиоэлементов.
Кратные и дольные единицы
Чаще всего в электронике используются элементы с небольшими емкостями, в связи с чем у начинающих работать со схемами возникают вопросы: пФ это сколько фарад, 100 nf сколько микрофарад и так далее. В связи с этим надлежит иметь при себе таблицу перевода одних единиц в другие. К наиболее часто используемым дольным единицам относятся:
Как правильно подобрать и рассчитать емкость конденсатора на трехфазный двигатель
- микрофарад (мкФ) – 0,000001 Ф;
- нанофарад (нФ) – 0,000000001 Ф;
- пикофарад (пФ) – 0,000000000001 Ф.
Из кратных единиц используется килофарад (кФ), равный тысяче фарад. Такие показатели характерны для ионисторов. У обычных конденсаторов емкость, как правило, измеряется максимум десятками фарад.
В Советском Союзе на электросхемах и корпусах конденсаторов была тенденция указывать емкостным значением целое число (к примеру, 35). Подразумевать пикофарады, а дробное с одной цифрой после запятой – обозначало микрофарады. Буквы в таких маркировках емкости не использовались. На современных отечественных конденсаторах при указании емкости в пикофарадах измерительные единицы после числа обычно не пишут. Если указаны буквы «мк», подразумеваются микрофарады, если «н» – нанофарады. За рубежом используют маркировку из цветных полос.
Таблица перевода одних дробных емкостных единиц в другие
Кодовая маркировка, дополнение
В соответствии со стандартами IEC на практике применяется четыре способа кодировки номинальной емкости.
А. Маркировка 3 цифрами
Первые две цифры указывают на значение емкости в пигофарадах (пф), последняя — количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть «9». При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра «0». Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 — 0.5 пф.
| Код | Емкость [пФ] | Емкость [нФ] | Емкость [мкФ] |
| 109 | 1,0 | 0,001 | 0,000001 |
| 159 | 1,5 | 0,0015 | 0,000001 |
| 229 | 2,2 | 0,0022 | 0,000001 |
| 339 | 3,3 | 0,0033 | 0,000001 |
| 479 | 4,7 | 0,0047 | 0,000001 |
| 689 | 6,8 | 0,0068 | 0,000001 |
| 100* | 10 | 0,01 | 0,00001 |
| 150 | 15 | 0,015 | 0,000015 |
| 220 | 22 | 0,022 | 0,000022 |
| 330 | 33 | 0,033 | 0,000033 |
| 470 | 47 | 0,047 | 0,000047 |
| 680 | 68 | 0,068 | 0,000068 |
| 101 | 100 | 0,1 | 0,0001 |
| 151 | 150 | 0,15 | 0,00015 |
| 221 | 220 | 0,22 | 0,00022 |
| 331 | 330 | 0,33 | 0,00033 |
| 471 | 470 | 0,47 | 0,00047 |
| 681 | 680 | 0,68 | 0,00068 |
| 102 | 1000 | 1,0 | 0,001 |
| 152 | 1500 | 1,5 | 0,0015 |
| 222 | 2200 | 2,2 | 0,0022 |
| 332 | 3300 | 3,3 | 0,0033 |
| 472 | 4700 | 4,7 | 0,0047 |
| 682 | 6800 | 6,8 | 0,0068 |
| 103 | 10000 | 10 | 0,01 |
| 153 | 15000 | 15 | 0,015 |
| 223 | 22000 | 22 | 0,022 |
| 333 | 33000 | 33 | 0,033 |
| 473 | 47000 | 47 | 0,047 |
| 683 | 68000 | 68 | 0,068 |
| 104 | 100000 | 100 | 0,1 |
| 154 | 150000 | 150 | 0,15 |
| 224 | 220000 | 220 | 0,22 |
| 334 | 330000 | 330 | 0,33 |
| 474 | 470000 | 470 | 0,47 |
| 684 | 680000 | 680 | 0,68 |
| 105 | 1000000 | 1000 | 1,0 |
* Иногда последний ноль не указывают.
В. Маркировка 4 цифрами
Возможны варианты кодирования 4-значным числом. Но и в этом случае последняя цифра указывает количество нулей, а первые три — емкость в пикофарадах.
| Код | Емкость[пФ] | Емкость[нФ] | Емкость[мкФ] |
| 1622 | 16200 | 16,2 | 0,0162 |
| 4753 | 475000 | 475 | 0,475 |
С. Маркировка емкости в микрофарадах
Вместо десятичной точки может ставиться буква R.
| Код | Емкость [мкФ] |
| R1 | 0,1 |
| R47 | 0,47 |
| 1 | 1,0 |
| 4R7 | 4,7 |
| 10 | 10 |
| 100 | 100 |
D. Смешанная буквенно-цифровая маркировка емкости, допуска, ТКЕ, рабочего напряжения
В отличие от первых трех параметров, которые маркируются в соответствии со стандартами, рабочее напряжение у разных фирм имеет различную буквенно-цифровую маркировку.
| Код | Емкость |
| p10 | 0,1 пФ |
| Ip5 | 1,5 пФ |
| 332p | 332 пФ |
| 1НО или 1nО | 1,0 нФ |
| 15Н или 15n | 15 нФ |
| 33H2 или 33n2 | 33,2 нФ |
| 590H или 590n | 590 нФ |
| m15 | 0,15мкФ |
| 1m5 | 1,5 мкФ |
| 33m2 | 33,2 мкФ |
| 330m | 330 мкФ |
| 1mO | 1 мФ или 1000 мкФ |
| 10m | 10 мФ |
Кодовая маркировка электролетических конденсаторов для поверхностного монтажа
Приведенные ниже принципы кодовой маркировки применяются такими известными , «Hitachi» и др. Различают три основных способа кодирования
А. Маркировка 2 или 3 символами
Код содержит два или три знака (буквы или цифры), обозначающие рабочее напряжение и номинальную емкость. Причем буквы обозначают напряжение и емкость, а цифра указывает множитель. В случае двухзначного обозначения не указывается код рабочего напряжения.
| Код | Емкость [мкФ] | Напряжение [В] |
| А6 | 1,0 | 16/35 |
| А7 | 10 | 4 |
| АА7 | 10 | 10 |
| АЕ7 | 15 | 10 |
| AJ6 | 2,2 | 10 |
| AJ7 | 22 | 10 |
| AN6 | 3,3 | 10 |
| AN7 | 33 | 10 |
| AS6 | 4,7 | 10 |
| AW6 | 6,8 | 10 |
| СА7 | 10 | 16 |
| СЕ6 | 1,5 | 16 |
| СЕ7 | 15 | 16 |
| CJ6 | 2,2 | 16 |
| CN6 | 3,3 | 16 |
| CS6 | 4,7 | 16 |
| CW6 | 6,8 | 16 |
| DA6 | 1,0 | 20 |
| DA7 | 10 | 20 |
| DE6 | 1,5 | 20 |
| DJ6 | 2,2 | 20 |
| DN6 | 3,3 | 20 |
| DS6 | 4,7 | 20 |
| DW6 | 6,8 | 20 |
| Е6 | 1,5 | 10/25 |
| ЕА6 | 1,0 | 25 |
| ЕЕ6 | 1,5 | 25 |
| EJ6 | 2,2 | 25 |
| EN6 | 3,3 | 25 |
| ES6 | 4,7 | 25 |
| EW5 | 0,68 | 25 |
| GA7 | 10 | 4 |
| GE7 | 15 | 4 |
| GJ7 | 22 | 4 |
| GN7 | 33 | 4 |
| GS6 | 4,7 | 4 |
| GS7 | 47 | 4 |
| GW6 | 6,8 | 4 |
| GW7 | 68 | 4 |
| J6 | 2,2 | 6,3/7/20 |
| JA7 | 10 | 6,3/7 |
| JE7 | 15 | 6,3/7 |
| JJ7 | 22 | 6,3/7 |
| JN6 | 3,3 | 6,3/7 |
| JN7 | 33 | 6,3/7 |
| JS6 | 4,7 | 6,3/7 |
| JS7 | 47 | 6,3/7 |
| JW6 | 6,8 | 6,3/7 |
| N5 | 0,33 | 35 |
| N6 | 3,3 | 4/16 |
| S5 | 0,47 | 25/35 |
| VA6 | 1,0 | 35 |
| VE6 | 1,5 | 35 |
| VJ6 | 2,2 | 35 |
| VN6 | 3,3 | 35 |
| VS5 | 0,47 | 35 |
| VW5 | 0,68 | 35 |
| W5 | 0,68 | 20/35 |
Советуем к прочтению: Устройство датчика Холла: принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение
В. Маркировка 4 символами
Код содержит четыре знака (буквы и цифры), обозначающие емкость и рабочее напряжение. Буква, стоящая вначале, обозначает рабочее напряжение, последующие знаки — номинальную емкость в пикофарадах (пФ), а последняя цифра — количество нулей. Возможны 2 варианта кодировки емкости: а) первые две цифры указывают номинал в пикофарадах, третья — количество нулей; б) емкость указывают в микрофарадах, знак m выполняет функцию десятичной запятой. Ниже приведены примеры маркировки конденсаторов емкостью 4.7 мкФ и рабочим напряжением 10 В.
С. Маркировка в две строки
Если величина корпуса позволяет, то код располагается в две строки: на верхней строке указывается номинал емкости, на второй строке — рабочее напряжение. Емкость может указываться непосредственно в микрофарадах (мкФ) или в пикофарадах (пф) с указанием количества нулей (см. способ В). Например, первая строка — 15, вторая строка — 35V — означает, что конденсатор имеет емкость 15 мкФ и рабочее напряжение 35 В.
Кратные единицы ёмкости
В большинстве случаев в электротехнике оперируют деталями с малыми значениями емкостей. Иногда можно увидеть такие обозначения, как 10uf конденсатор. Малоопытный человек может не сразу понять, что значит аббревиатура uf. Следует усвоить, что наиболее распространенными в описании емкостных элементов являются следующие единицы: пикофарад (или пФ, он равен 10-12 Ф), нанофарад (нФ, 10-9 Ф) и микрофарад (мкФ, 10-6 Ф). Указание емкости конденсатора в uf обозначает именно микрофарады. Целесообразно приобрести таблицу перевода измерительных единиц разных масштабов друг в друга.
Кратные единицы на практике применяются не настолько часто. У некоторых ионисторных деталей с бинарным электрическим слоем емкостной показатель может измеряться килофарадами (кФ, 1000 Ф). Значение у стандартных конденсаторных элементов обычно не превышает сотни фарад.
Ионистор номиналом в 1 фарад
Собственная емкость
В электрических схемах термин емкость
обычно является сокращением для
взаимная емкость
между двумя соседними проводниками, такими как две пластины конденсатора. Однако для изолированного проводника также существует свойство, называемое
собственная емкость
, который представляет собой количество электрического заряда, которое необходимо добавить к изолированному проводнику, чтобы увеличить его электрический потенциал на одну единицу (то есть на один вольт в большинстве систем измерения).[3] Точкой отсчета для этого потенциала является теоретическая полая проводящая сфера бесконечного радиуса с проводником, центрированным внутри этой сферы.
Математически собственная емкость
проводника определяется
C = q V , { displaystyle C = { frac {q} {V}},}
куда
q
это заряд, удерживаемый на проводнике, V = 1 4 π ε 0 ∫ σ р d S { displaystyle V = {1 более 4 pi varepsilon _ {0}} int { sigma over r} , dS} электрический потенциал, σ — поверхностная плотность заряда.
dS
бесконечно малый элемент площади на поверхности проводника,
р
длина от dS до фиксированной точки
M
на дирижере ε 0 { displaystyle varepsilon _ {0}} это диэлектрическая проницаемость вакуума
Используя этот метод, собственная емкость проводящей сферы радиуса р
является:[4]
C = 4 π ε 0 р { displaystyle C = 4 pi varepsilon _ {0} R ,}
Примеры значений собственной емкости:
- для верхней «тарелки» генератор Ван де Граафа, обычно сфера радиусом 20 см: 22,24 пФ,
- планета земной шар: около 710 мкФ.[5]
Межобмоточная емкость катушка иногда называют собственной емкостью,[6] но это другое явление. Это на самом деле взаимная емкость между отдельными витками катушки и является формой паразита, или паразитная емкость. Эта собственная емкость является важным фактором на высоких частотах: она изменяет сопротивление катушки и приводит к параллельному резонанс. Во многих приложениях это нежелательный эффект, который устанавливает верхний предел частоты для правильной работы схемы.[нужна цитата
]
Общие сведения
Измерение емкости конденсатора номинальной емкостью 10 мкФ с помощью осциллографа-мультиметра
Электрическая емкость — это величина, характеризующая способность проводника накапливать заряд, равная отношению электрического заряда к разности потенциалов между проводниками:
C = Q/∆φ
Электрическое поле
Здесь Q
— электрический заряд, измеряется в кулонах (Кл), — разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах (Ф). Данная единица измерения названа в честь английского физика Майкла Фарадея.
Фарад является очень большой емкостью для изолированного проводника. Так, металлический уединенный шар радиусом в 13 радиусов Солнца имел бы емкость равную 1 фарад. А емкость металлического шара размером с Землю была бы примерно 710 микрофарад (мкФ).
Так как 1 фарад — очень большая емкость, поэтому используются меньшие значения, такие как: микрофарад (мкФ), равный одной миллионной фарада; нанофарад (нФ), равный одной миллиардной; пикофарад (пФ), равный одной триллионной фарада.
В системе СГСЭ основной единицей емкости является сантиметр (см). 1 сантиметр емкости — это электрическая емкость шара с радиусом 1 сантиметр, помещенного в вакуум. СГСЭ — это расширенная система СГС для электродинамики, то есть, система единиц в которой сантиметр, грам, и секунда приняты за базовые единицы для вычисления длины, массы и времени соответственно. В расширенных СГС, включая СГСЭ, некоторые физические константы приняты за единицу, чтобы упростить формулы и облегчить вычисления.
Фарады через основные единицы системы СИ
Единица измерения напряжения
Для выражения фарады через основные единицы СИ воспользуемся следующими формулами.
Единица измерения заряда вычисляется как:
Dq = I · Dt (2), где:
- I – сила тока (измеряется в амперах или А),
- Dt – время прохождения заряда (измеряется в секундах или с).
В свою очередь, напряжение определяется как работа, которую нужно выполнить для перемещения заряда в электростатическом поле:
U = А / Dq (3), где А – работа по перемещению заряда, определяется в джоулях, или Дж.
Из механики известно, что:
А = F · s = m · a · s (4), где:
- m – масса, измеряется в килограммах, или кг,
- s – перемещение, рассчитывается в метрах, или м,
- a – ускорение, определяется в м/с2.
Из формул 1-4 имеем:
Таким образом, 1 фарад через единицы СИ определяется как:
Область применения
В фарадах измеряют электрическую ёмкость проводников, то есть их способность накапливать электрический заряд. Например, в фарадах (и производных единицах) измеряют: ёмкость кабелей, конденсаторов, межэлектродные ёмкости различных приборов. Промышленные конденсаторы имеют номиналы, измеряемые в микро-
,
нано-
и
пикофарадах
и выпускаются ёмкостью до ста фарад; в звуковой аппаратуре используются гибридные конденсаторы ёмкостью до сорока фарад.
Не следует путать электрическую ёмкость и электрохимическую ёмкость батареек и аккумуляторов, которая имеет другую природу и измеряется в других единицах: ампер-часах, соразмерных электрическому заряду (1 ампер-час равен 3600 кулонам).
Характеристики прибора
Важнейшей характеристикой накопительного прибора является ёмкость. От неё зависит время заряда при подключении устройства к источнику тока. Время разряда напрямую связано со значением сопротивления нагрузки: чем оно выше, тем быстрее происходит процесс отдачи накопленной энергии. Определяется эта ёмкость следующим выражением:
C = E*Eo*S / d, где E — относительная диэлектрическая проницаемость среды (справочная величина), S — площадь пластин, d — расстояние между ними. Кроме ёмкости конденсатор характеризуется рядом параметров, такими как:
- удельная ёмкость — определяет отношение величины ёмкости к массе диэлектрика;
- рабочее напряжение — номинальное значение, которое может выдержать устройство при подаче его на обкладки элемента;
- температурная стабильность — интервал, в котором ёмкость конденсатора практически не изменяется;
- сопротивление изоляции — характеризуется саморазрядом устройства и определяется током утечки;
- эквивалентное сопротивление — состоит из потерь, образуемых на выводах прибора и слое диэлектрика;
- абсорбция — процесс возникновения разности потенциалов на обкладках после разряда устройства до нуля;
- ёмкостное сопротивление — уменьшение проводимости при подаче переменного тока;
- полярность — из-за физических свойств материала, используемого при изготовлении, конденсатор сможет правильно работать, только если к обкладкам приложен потенциал с определённым знаком;
- эквивалентная индуктивность — паразитный параметр, появляющийся на контактах устройства и превращающий конденсатор в колебательный контур.
Таблицы максимальных значений емкости конденсаторов.
Переменный и подстроечный конденсатор
Обозначениепеременного и подстроечного
конденсатора на схемах
- Конденсаторы могут обладать не только постоянной емкостью, но и переменной емкостью, которую можно плавно менять в заданных пределах.
- Конденсаторы с переменной емкостью используют в колебательных контурах радиоприемников и ряде других устройств.
- Подстроечные конденсаторы применяются для настройки работы электронной схемы, когда в процессе работы устройства их емкость не меняется.
- Дополнение
Ещё примеры маркировки конденсаторов:
- Кодовая маркировка конденсаторов
Источник: https://myrobot.ru/wiki/index.php?n=Components.RCL
Таблица перевода емкостей и обозначений конденсаторов
Таблица емкостей и обозначений конденсаторов
| μF микрофарады | nF нанофарады | pF пикофарады | Code / Код трех-цифровой |
| 1μF | 1000nF | 1000000pF | 105 |
| 0.82μF | 820nF | 820000pF | 824 |
| 0.8μF | 800nF | 800000pF | 804 |
| 0.7μF | 700nF | 700000pF | 704 |
| 0.68μF | 680nF | 680000pF | 624 |
| 0.6μF | 600nF | 600000pF | 604 |
| 0.56μF | 560nF | 560000pF | 564 |
| 0.5μF | 500nF | 500000pF | 504 |
| 0.47μF | 470nF | 470000pF | 474 |
| 0.4μF | 400nF | 400000pF | 404 |
| 0.39μF | 390nF | 390000pF | 394 |
| 0.33μF | 330nF | 330000pF | 334 |
| 0.3μF | 300nF | 300000pF | 304 |
| 0.27μF | 270nF | 270000pF | 274 |
| 0.25μF | 250nF | 250000pF | 254 |
| 0.22μF | 220nF | 220000pF | 224 |
| 0.2μF | 200nF | 200000pF | 204 |
| 0.18μF | 180nF | 180000pF | 184 |
| 0.15μF | 150nF | 150000pF | 154 |
| 0.12μF | 120nF | 120000pF | 124 |
| 0.1μF | 100nF | 100000pF | 104 |
| 0.082μF | 82nF | 82000pF | 823 |
| 0.08μF | 80nF | 80000pF | 803 |
| 0.07μF | 70nF | 70000pF | 703 |
| 0.068μF | 68nF | 68000pF | 683 |
| 0.06μF | 60nF | 60000pF | 603 |
| 0.056μF | 56nF | 56000pF | 563 |
| 0.05μF | 50nF | 50000pF | 503 |
| 0.047μF | 47nF | 47000pF | 473 |
| μF микрофарады | nF нанофарады | pF пикофарады | Code / Код трех-цифровой |
| 0.04μF | 40nF | 40000pF | 403 |
| 0.039μF | 39nF | 39000pF | 393 |
| 0.033μF | 33nF | 33000pF | 333 |
| 0.03μF | 30nF | 30000pF | 303 |
| 0.027μF | 27nF | 27000pF | 273 |
| 0.025μF | 25nF | 25000pF | 253 |
| 0.022μF | 22nF | 22000pF | 223 |
| 0.02μF | 20nF | 20000pF | 203 |
| 0.018μF | 18nF | 18000pF | 183 |
| 0.015μF | 15nF | 15000pF | 153 |
| 0.012μF | 12nF | 12000pF | 123 |
| 0.01μF | 10nF | 10000pF | 103 |
| 0.0082μF | 8.2nF | 8200pF | 822 |
| 0.008μF | 8nF | 8000pF | 802 |
| 0.007μF | 7nF | 7000pF | 702 |
| 0.0068μF | 6.8nF | 6800pF | 682 |
| 0.006μF | 6nF | 6000pF | 602 |
| 0.0056μF | 5.6nF | 5600pF | 562 |
| 0.005μF | 5nF | 5000pF | 502 |
| 0.0047μF | 4.7nF | 4700pF | 472 |
| 0.004μF | 4nF | 4000pF | 402 |
| 0.0039μF | 3.9nF | 3900pF | 392 |
| 0.0033μF | 3.3nF | 3300pF | 332 |
| 0.003μF | 3nF | 3000pF | 302 |
| 0.0027μF | 2.7nF | 2700pF | 272 |
| 0.0025μF | 2.5nF | 2500pF | 252 |
| 0.0022μF | 2.2nF | 2200pF | 222 |
| 0.002μF | 2nF | 2000pF | 202 |
| 0.0018μF | 1.8nF | 1800pF | 182 |
| μF микрофарады | nF нанофарады | pF пикофарады | Code / Код трех-цифровой |
| 0.0015μF | 1.5nF | 1500pF | 152 |
| 0.0012μF | 1.2nF | 1200pF | 122 |
| 0.001μF | 1nF | 1000pF | 102 |
| 0.00082μF | 0.82nF | 820pF | 821 |
| 0.0008μF | 0.8nF | 800pF | 801 |
| 0.0007μF | 0.7nF | 700pF | 701 |
| 0.00068μF | 0.68nF | 680pF | 681 |
| 0.0006μF | 0.6nF | 600pF | 621 |
| 0.00056μF | 0.56nF | 560pF | 561 |
| 0.0005μF | 0.5nF | 500pF | 52 |
| 0.00047μF | 0.47nF | 470pF | 471 |
| 0.0004μF | 0.4nF | 400pF | 401 |
| 0.00039μF | 0.39nF | 390pF | 391 |
| 0.00033μF | 0.33nF | 330pF | 331 |
| 0.0003μF | 0.3nF | 300pF | 301 |
| 0.00027μF | 0.27nF | 270pF | 271 |
| 0.00025μF | 0.25nF | 250pF | 251 |
| 0.00022μF | 0.22nF | 220pF | 221 |
| 0.0002μF | 0.2nF | 200pF | 201 |
| 0.00018μF | 0.18nF | 180pF | 181 |
| 0.00015μF | 0.15nF | 150pF | 151 |
| 0.00012μF | 0.12nF | 120pF | 121 |
| 0.0001μF | 0.1nF | 100pF | 101 |
| 0.000082μF | 0.082nF | 82pF | 820 |
| 0.00008μF | 0.08nF | 80pF | 800 |
| 0.00007μF | 0.07nF | 70pF | 700 |
| μF микрофарады | nF нанофарады | pF пикофарады | Code / Код трех-цифровой |
| 0.000068μF | 0.068nF | 68pF | 680 |
| 0.00006μF | 0.06nF | 60pF | 600 |
| 0.000056μF | 0.056nF | 56pF | 560 |
| 0.00005μF | 0.05nF | 50pF | 500 |
| 0.000047μF | 0.047nF | 47pF | 470 |
| 0.00004μF | 0.04nF | 40pF | 400 |
| 0.000039μF | 0.039nF | 39pF | 390 |
| 0.000033μF | 0.033nF | 33pF | 330 |
| 0.00003μF | 0.03nF | 30pF | 300 |
| 0.000027μF | 0.027nF | 27pF | 270 |
| 0.000025μF | 0.025nF | 25pF | 250 |
| 0.000022μF | 0.022nF | 22pF | 220 |
| 0.00002μF | 0.02nF | 20pF | 200 |
| 0.000018μF | 0.018nF | 18pF | 180 |
| 0.000015μF | 0.015nF | 15pF | 150 |
| 0.000012μF | 0.012nF | 12pF | 120 |
| 0.00001μF | 0.01nF | 10pF | 100 |
| 0.000008μF | 0.008nF | 8pF | 080 |
| 0.000007μF | 0.007nF | 7pF | 070 |
| 0.000006μF | 0.006nF | 6pF | 060 |
| 0.000005μF | 0.005nF | 5pF | 050 |
| 0.000004μF | 0.004nF | 4pF | 040 |
| 0.000003μF | 0.003nF | 3pF | 030 |
| 0.000002μF | 0.002nF | 2pF | 020 |
| 0.000001μF | 0.001nF | 1pF | 010 |
| μF микрофарады | nF нанофарады | pF пикофарады | Code / Код трех-цифровой |
Область применения
В фарадах измеряют электрическую ёмкость проводников, то есть их способность накапливать электрический заряд. Например, в фарадах (и производных единицах) измеряют: ёмкость кабелей, конденсаторов, межэлектродные ёмкости различных приборов. Промышленные конденсаторы имеют номиналы, измеряемые в микро-
,
нано-
и
пикофарадах
и выпускаются ёмкостью до ста фарад; в звуковой аппаратуре используются гибридные конденсаторы ёмкостью до сорока фарад.
Не следует путать электрическую ёмкость и электрохимическую ёмкость батареек и аккумуляторов, которая имеет другую природу и измеряется в других единицах: ампер-часах, соразмерных электрическому заряду (1 ампер-час равен 3600 кулонам).
Понятие емкости, правила измерения
Данная величина показывает, какое количество электронов (или других заряженных частиц) должно переместиться от одного объекта к другому для получения необходимого значения напряжения. Последнее возникает по той причине, что при перемещении частиц между объектами образуется разница потенциалов.
Единицей измерения емкостного значения является фарад (на письме обозначается заглавной кириллической литерой Ф). Когда при перенесении заряда в 1 Кулон напряжение меняется на 1 Вольт, значение емкости между перенесенными объектами составляет 1 Фарад. Формула зависимости емкости от напряжения имеет такой вид:
С (емкость) = Q (заряд)/U(напряжение).
Если мастер собрался измерять емкость используемого в радиоэлектронной схеме конденсатора, ему потребуется такой прибор, как мультиметр. С задачей способен справиться даже бюджетный аппарат, при этом наибольшая точность демонстрируется при работе с пленочными конденсаторными элементами. Для максимально точных замеров можно воспользоваться измерителем иммитанса, но данный прибор отличается очень высокой ценой (около 120 тыс. руб.). При использовании мультиметра нужно придерживаться следующего алгоритма:
- Отсоединить электроцепь от источника нагрузки. Проверить отсутствие питания, установив на устройстве режим замера напряжения и поставив щупы к источнику: показатель должен быть равен нулю.
- Снять заряд с конденсатора пассивным способом (подождать 20-30 минут) или активным (с помощью резистора). Для маленьких элементов нужен прибор с сопротивлением более 2 кОм. С достаточно крупными конденсаторами (например, в фотоаппаратах и бытовой технике) лучше вообще не работать в домашних условиях без подготовки – они накапливают опасно высокий заряд. Для разрядки такого элемента требуется резистор на 20 кОм и 5 Вт, подсоединенный через изолированный провод диаметром 3,3 мм2, предназначенный для эксплуатации под напряжением до 600 В.
- Отключить конденсатор от цепи. После этого поставить мультиметр в режим замера емкости. Если прибор снабжен несколькими настроечными диапазонами, нужно поставить тот, что с наибольшей вероятностью окажется верным (сориентироваться можно по маркировке). При наличии клавиши Rel нужно нажать ее, чтобы емкость сошла со щуповых элементов.
- Щупы помещаются к выводам конденсатора. При тестировании поляризованных элементов надо обязательно соблюдать полярность. Теперь нужно дождаться вывода данных на дисплей. Если высветилось слово overload (или OL), показатель слишком высокий для обнаружения данным прибором или в данном диапазоне (во втором случае нужно выбрать другой диапазон).
Важно! Нельзя подключать мультиметр к конденсаторному элементу, на корпусе которого имеются проколы или выпуклые места. Такие элементы вообще не стоит эксплуатировать – при подключении питания они способны взорваться
Процесс измерения емкости конденсатора мультиметром
Конденсатор, прибор с нормированной емкостью
Работа тока — в чем измеряется
Это устройство специально заточено под изменение показателя напряжения в соответствии с накапливаемым зарядом. Конденсаторными свойствами могут обладать разные объекты, но главное отличие прибора – наличие у него фиксированной емкости. При возникновении между обкладками элемента емкостью в 1 Ф заряда в 1 Кулон между ними возникает напряжение в 1 В.
Важно! Начинающие проектировщики схем часто делают ошибки, основанные на игнорировании невозможности мгновенного изменения напряжения на устройстве. Если подсоединенный к конденсатору транзистор открывается максимально быстро, он перегреется или вовсе сгорит. При замыкании выводов заряженного устройства сила тока будет очень высокой, но все же не бесконечной. Она ограничена сопротивлением элемента и его выводных деталей.
Приборы используются не только в радиоэлектронике, но и, например, при работе с двигателями. При применении пускового конденсатора и добавочной обмотки на 1 кВт мощности потребуется 70 микрофарад емкости. Зная это, можно рассчитать общее требуемое количество емкости.
Единица измерения емкости
Измерять емкостные показатели принято в фарадах. В России в вычислениях принято сокращать название единицы до заглавной буквы Ф, в международных документах она именуется латинской литерой – F. Названа она по имени английского физика Майкла Фарадея. За значение 1 Ф принимается такая емкость, при которой при транспортировке однокулонного заряда от одной обкладки к другой (или из одной точки в другую) напряжение между ними изменится на величину одного вольта.
Единица измерения электроёмкости в других системах
В систему СИ использование фарада для описания емкости внедрено в 1960 году. В гауссовой системе для этого используется статфарад. Сокращать такую единицу на письме принято как статФ. 1 статФ приблизительно равен 1,11 пикофарада и описывает емкость сферы, имеющей радиус 1 сантиметр и помещенной в вакуумную среду. Перевести значения той или иной величины во внесистемных единицах в принятые в СИ можно с помощью специальных калькуляторов.
Практические измерения
Значение ёмкости конденсатора обозначается на корпусе в дробных фарадах или с помощью цветового кода. Но со временем компоненты способны потерять свои качества, поэтому для некоторых критических случаев последствия могут быть неприемлемыми. Существуют и другие обстоятельства, требующие измерений. Например, необходимость знать общую ёмкость цепи или части электрооборудования. Приборов, осуществляющих непосредственное считывание ёмкости, не существует, но значение может быть вычислено вручную или интегрированными в измерительные устройства процессорами.
Для обнаружения фактической ёмкости нередко используют осциллограф как средство измерения постоянной времени (т). Эта величина обозначает время в секундах, за которое конденсатор заряжается на 63%, и равна произведению сопротивления цепи в омах на ёмкость цепи в фарадах: т=RC. Осциллограф позволяет легко определить постоянную времени и даёт возможность с помощью расчётов найти искомую ёмкость.
Существует также немало моделей любительского и профессионального электронного измерительного оборудования, оснащённого функциями для тестирования конденсаторов. Многие цифровые мультиметры обладают возможностью определять ёмкость. Эти устройства способны контролируемо заряжать и разряжать конденсатор известным током и, анализируя нарастание результирующего напряжения, выдавать довольно точный результат. Единственный недостаток большинства таких приборов — сравнительно узкий диапазон измеряемых величин.
Вам это будет интересно Принцип работы и применение управляемого тиристора
Более сложные и специализированные инструменты — мостовые измерители, испытывающие конденсаторы в мостовой схеме. Этот метод косвенного измерения обеспечивает высокую точность. Современные устройства такого типа оснащены цифровыми дисплеями и возможностью автоматизированного использования в производственной среде, они могут быть сопряжены с компьютерами и экспортировать показания для внешнего контроля.
Область применения
В фарадах измеряют электрическую ёмкость проводников, то есть их способность накапливать электрический заряд. Например, в фарадах (и производных единицах) измеряют: ёмкость кабелей, конденсаторов, межэлектродные ёмкости различных приборов. Промышленные конденсаторы имеют номиналы, измеряемые в микро-
,
нано-
и
пикофарадах
и выпускаются ёмкостью до ста фарад; в звуковой аппаратуре используются гибридные конденсаторы ёмкостью до сорока фарад. Ёмкость т. н. ионисторов (супер-конденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать многих килофарад.
Не следует путать электрическую ёмкость и электрохимическую ёмкость батареек и аккумуляторов, которая имеет другую природу и измеряется в других единицах: ампер-часах, соразмерных электрическому заряду (1 ампер-час равен 3600 кулонам).
