Що таке конденсатор та для чого він призначений

Конденсатор — це електронний компонент, призначений для накопичення і зберігання електричного заряду. Він складається з двох провідних пластин (обкладок), розділених шаром діелектрика. Основна властивість конденсатора — здатність накопичувати та зберігати заряд.

Конденсатори відіграють важливу роль в електронних пристроях. Вони використовуються для фільтрації сигналів, згладжування пульсацій, тимчасового зберігання енергії та багатьох інших завдань.

Будова конденсатора та його основні параметри

Конденсатор складається з таких основних елементів:

• Обкладки — провідники (електроди), які накопичують заряд.
• Діелектрик — ізоляційний матеріал між обкладками
• Корпус — захищає внутрішні елементи від зовнішніх впливів.
• Виводи — металеві контакти, що забезпечують підключення конденсатора до електричної схеми.

Основні параметри конденсаторів:

1. Ємність — вимірюється у фарадах (Ф).
2. Робоча напруга — напруга, яку конденсатор може витримати без пошкодження.
3. Відхилення ємності — допустиме відхилення фактичної ємності від номінального значення.
4. Температурний коефіцієнт ємності (ТКЄ) — параметр, який характеризує залежність ємності конденсатора від температури.
5. Температурний діапазон — інтервал температур, у якому конденсатор може працювати надійно та стабільно

Принцип роботи конденсатора

Принцип дії конденсатора базується на його здатності накопичувати заряд. Коли до обкладок прикладається напруга, на одній з них накопичується позитивний заряд, а на іншій — негативний. Діелектрик між обкладками запобігає їхньому з’єднанню, зберігаючи заряд.

Пристрій заряджається, коли струм проходить через нього, і розряджається, коли струм знімається. Це явище використовується для тимчасового зберігання енергії або стабілізації напруги в електричних ланцюгах.

Конденсатор виконує роль енергетичного буфера, який згладжує пульсації напруги та забезпечує стабільність роботи електронних пристроїв.

Одиниці вимірювання конденсаторів

Основна одиниця вимірювання ємності конденсатора — фарад (Ф). Вона характеризує кількість електричного заряду, який може накопичити конденсатор за одиницю напруги. Через велику величину фарада в реальних умовах використовуються його часткові одиниці:
 

Ці одиниці застосовуються для точнішого опису ємності в залежності від конкретного типу конденсатора та його призначення.

Одиниці вимірювання є важливою характеристикою, яка дозволяє вибрати правильний конденсатор для конкретного завдання. Розуміння співвідношення між одиницями допомагає інженерам та радіолюбителям працювати з компонентами ефективніше.

Які бувають конденсатори

Ми розібрались з питанням “що таке конденсатор” та його будовою, але для правильного та ефективного застосування конденсатора, необхідно розрізняти його типи. Конденсатори класифікуються за кількома критеріями, які визначають їх конструкцію, матеріали та призначення. Ця різноманітність дозволяє обирати відповідний тип для конкретного застосування, враховуючи особливості електричних схем та вимоги до надійності.

Розглянемо основні типи конденсаторів, їх характеристики та сферу використання. Це допоможе зрозуміти, чому в сучасній електроніці неможливо обійтися без цього компоненту та які рішення пропонують виробники для різних завдань.

Керамічний конденсатор

Керамічний конденсатор — це пристрій, у якому діелектриком виступає кераміка. Вони компактні, мають високу стабільність і використовуються у високочастотних схемах.

Електролітичний конденсатор

Електролітичний конденсатор має діелектрик у вигляді оксидної плівки. Вони мають велику ємність і використовуються в низькочастотних колах.

Компанія СЕА пропонує широкий асортимент конденсаторів для різноманітних потреб — від загального до спеціального призначення. Ми підтримуємо на складі продукцію від провідних світових виробників, таких як Kemet, Yageo, Vishay, Murata, Hitano, Panasonic та інших.

Різновиди за полярністю

Полярність у конденсаторах означає наявність чітко визначених позитивної (+) і негативної (-) обкладок. Це важливо для їх правильної роботи, оскільки неправильне підключення може призвести до виходу конденсатора з ладу. Полярність характерна для певних типів конденсаторів, які використовуються в колах постійного струму.

• Полярний конденсатор — це компонент, що має чітке позначення плюсової та мінусової обкладок. Вони застосовуються переважно в низькочастотних і силових колах, де важливо забезпечити правильне підключення для стабільної роботи. Основна перевага таких конденсаторів — велика ємність за компактного розміру. Недолік — потребують точного дотримання полярності, інакше можуть вийти з ладу.
• Неполярні конденсатори працюють незалежно від напрямку підключення напруги. Їх використовують у високочастотних і змінних колах, де потрібна універсальність. Головна перевага — відсутність обмежень щодо полярності, але зазвичай вони мають меншу ємність порівняно з полярними аналогами.

За видом з’єднань

• Паралельне з’єднання

Цей тип з’єднання використовується найчастіше. Він дозволяє об’єднати кілька конденсаторів для отримання необхідної ємності. Наприклад, для запуску трифазного електродвигуна, якщо потрібна ємність 125 мкФ, а під рукою немає відповідного конденсатора, можна з’єднати паралельно три конденсатори: 100 мкФ, 20 мкФ та 5 мкФ. У результаті отримаємо загальну ємність у 125 мкФ.

• Послідовне з’єднання

Зустрічається рідше, але іноді використовується у високовольтних джерелах напруги для підвищення загальної робочої напруги системи. Це з’єднання допомагає розподілити напругу між кількома конденсаторами, зменшуючи ризик перевантаження кожного з них.

За видом діелектрика

Конденсатори класифікуються за типом діелектрика, який використовується між обкладками. Вибір діелектрика впливає на параметри пристрою, такі як ємність, робоча напруга, стабільність і температурна стійкість. Основні види діелектрика:

• Вакуумний діелектрик
  Використовується у вакуумних конденсаторах, що забезпечують високу стабільність параметрів і працюють у високочастотних схемах.
• Газоподібний діелектрик
  Газ (наприклад, азот чи гелій) слугує ізоляційним середовищем, що забезпечує низькі втрати енергії та використовується в специфічних пристроях, таких як газонаповнені конденсатори.
• Рідкий діелектрик
  Використовуються спеціальні рідини, що забезпечують ефективну ізоляцію і високу тепловіддачу. Такі конденсатори застосовуються у високовольтних пристроях.
• Твердий неорганічний діелектрик
  Сюди належать матеріали, як-от скло, склокераміка, слюда та кераміка. Вони забезпечують високу точність і стабільність параметрів навіть у складних умовах.
• Твердий органічний діелектрик
  Використовуються матеріали, як-от папір, метало-папір та синтетичні полімери. Це популярний вибір для пристроїв із середньою і високою ємністю.
• Електролітичний діелектрик
  Основа такого діелектрика — тонка оксидна плівка, яка утворюється на поверхні металу. Електролітичні конденсатори мають високу ємність і використовуються в низькочастотних і силових схемах.
• Твердотільний діелектрик
  Специфічний вид діелектрика, який забезпечує надійність і тривалий термін служби. Такі конденсатори мають високу стійкість до екстремальних умов роботи.

За зміною ємності

Тип конденсатора визначає, чи може його ємність змінюватися під час роботи, що важливо для налаштування параметрів електронних схем. Виділяють такі типи:

• Постійної ємності
  Конденсатори з фіксованим значенням ємності, яке не змінюється під час експлуатації. Використовуються в більшості електронних схем для стабільної роботи.
• Змінної ємності
  Конденсатори, ємність яких можна регулювати механічним чи електричним способом. Застосовуються в радіоприймачах, генераторах і пристроях для налаштування частот.
• Підстроювальні
  Особливий вид змінних конденсаторів, які дозволяють точно налаштувати ємність конденсатора у процесі налаштування пристрою. Їх використовують у спеціалізованих електронних схемах.

За призначенням

Конденсатори класифікуються за їхнім функціональним призначенням, що визначає сферу їх застосування. Основні категорії включають:

-Загального призначення
Використовуються у більшості видів електронної апаратури, включаючи побутову техніку, електронні пристрої та низьковольтні схеми. Це універсальні компоненти, які підходять для стандартних умов експлуатації.

-Спеціального призначення
Призначені для роботи в специфічних умовах чи виконання особливих завдань. До них належать:

• Високовольтні конденсатори — здатні витримувати високі напруги, застосовуються в силових електроланцюгах.
• Імпульсні конденсатори — використовуються в пристроях, які генерують короткочасні імпульси енергії.
• Конденсатори для пригнічення перешкод — зменшують електромагнітні перешкоди в схемах.
• Пускові конденсатори — застосовуються для запуску електродвигунів.
• Дозиметричні конденсатори — використовуються в медичних чи вимірювальних приладах для точного зчитування електричних величин.

Таке різноманіття дозволяє конденсаторам виконувати критичні завдання в різних галузях електроніки та техніки.

За формою обкладок

• Плоский конденсатор – з плоскими обкладками, мають дві рівні поверхні, що знаходяться на відстані одна від одної. Така форма забезпечує простоту виготовлення та монтажу, часто використовуються в компактних електронних пристроях.
• Циліндричний конденсатор – з циліндричною формою обкладок, мають круглу або овальну форму. Вони зазвичай характеризуються високою ємністю і використовуються в електричних колах з високими вимогами до потужності або в умовах, де важлива механічна стійкість.
• Сферичний конденсатор – зі сферичними обкладками, мають круглу форму, що може допомогти розподілити напругу рівномірно по всій поверхні. Така форма рідше зустрічається, але використовується в специфічних умовах, де потрібна висока надійність і компактність.

Де використовують конденсатори

Конденсатори застосовуються в різноманітних сферах електроніки та електротехніки завдяки своїм унікальним властивостям зберігати електричний заряд. Вони виконують різноманітні функції, що робить їх незамінними в багатьох технічних пристроях і системах. Ось деякі з основних їх застосувань:

1. Згладжування напруги:
Конденсатори широко використовуються для усунення пульсацій і коливань напруги в електричних колах. Вони забезпечують стабільність вхідного сигналу та допомагають підтримувати стабільну роботу джерел живлення, таких як імпульсні блоки живлення, перетворювачі енергії, а також в багатьох типах електронних пристроїв.
2. Фільтрація сигналів:
В електронних схемах конденсатори використовуються для фільтрації високочастотних шумів, інтерференції та небажаних сигналів. Завдяки своїм властивостям, конденсатори можуть блокувати низькочастотні сигнали і пропускати високочастотні, або навпаки, що дозволяє створювати фільтри для різних застосувань у радіотехніці та зв'язку.
3. Запуск моторів:
Конденсатори використовуються для запуску однофазних асинхронних електричних моторів, що забезпечує додаткову початкову напругу та дозволяє двигуну запуститися з необхідною швидкістю. Вони створюють необхідну фазу для однофазних двигунів, полегшуючи запуск та роботу мотора.
4. Зберігання даних:
В деяких спеціалізованих системах, конденсатори використовуються для тимчасового зберігання даних. Наприклад, в дисплеях на рідких кристалах (LCD), конденсатори можуть допомогти зберігати електричний заряд для відображення пікселів, забезпечуючи чіткість зображення. Такі застосування мають значення в технологіях пам'яті та зберігання даних.
5. Таймінг:
Конденсатори відіграють важливу роль у схемах, де необхідно створювати точні затримки та таймінги для обробки сигналів. Вони використовуються в часових колах, генераторах імпульсів та інших пристроях, де важливо точно визначати час для виконання операцій або коректної синхронізації сигналів.

Таким чином, конденсатор служить для забезпечення технічних систем стабільністю, ефективністю та точністю у роботі. 

Маркування конденсаторів

Одними з найважливіших параметрів конденсаторів є їхня ємність і номінальна напруга. Ємність визначає здатність конденсатора накопичувати електричний заряд, подібно до того, як ємність посудини визначає обсяг рідини, яку вона може вмістити.

Ємність вимірюється у фарадах (Ф) і позначається літерою C. У типових конденсаторах цей параметр зазвичай варіюється від кількох пікофарад (пФ) до кількох тисяч мікрофарад (мкФ). Значення ємності, як правило, нанесене на корпус компонента. Якщо одиниця виміру не вказана, маються на увазі пікофаради. Позначення мікрофарад часто виглядає як uF, оскільки буква "u" нагадує грецьку μ (мю), що позначає "мікро".

Чим більша ємність конденсатора, тим більше енергії він може накопичувати, але водночас його заряджання потребує більше часу за однакових умов.

Номінальна напруга — ще один ключовий параметр. Вона визначає максимальну напругу, при якій конденсатор здатен працювати протягом усього терміну служби без втрати своїх характеристик. Наприклад, конденсатор із номінальною напругою 6 В не підходить для роботи в ланцюзі з напругою 12 В, оскільки це призведе до його швидкого виходу з ладу. Обидва ці параметри, ємність і напруга, зазвичай зазначаються на корпусі конденсатора.

На прикладі електролітичного конденсатора з маркуванням "470 мкФ 16 В" можна побачити, що він має ємність 470 мікрофарад і може безпечно працювати за напруги до 16 В.

На керамічних конденсаторах часто вказують лише ємність. Наприклад, конденсатор із маркуванням "104" означає: 10 0000 пФ = 100 нФ = 0,1 мкФ. Остання цифра вказує на кількість нулів після початкового числа.