| СИМВОЛ * |
B2.2 Конденсатор - ємність
Коли дві провідні поверхні розташовані одна до одної та піддаються електричній напрузі, ми бачимо скупчення електричних зарядів в ізолюючому просторі між ними. Будь-який компонент, який проявляє таку властивість, є конденсатором.
Можна також сказати, що конденсатор характеризується властивістю утримувати напругу на своїх затискачах після витіснення певної кількості електричних зарядів, що є в електродах, а саме:
Конденсатор, який подає напругу 1 вольт на своїх затискачах після того, як змусив його рухати струм 1 ампер протягом 1 секунди, має потужність 1 Фарад.
Це явище є локальним накопиченням енергії, яка не розсіюється в теплі, як в опорі, а яка навпаки може бути відновлена.
Клацніть правою кнопкою миші, щоб відобразити збільшене зображення. Номінальне значення ємності істотно залежить від розмірів поверхонь, відстані, що їх розділяє, а також від природи використовуваного ізоляційного матеріалу (діелектрика). Перекладаючи у формули, отримуємо:
з e: абсолютна діелектрична проникність [Ф/м]
ех AA: Поверхня, спільна для двох провідних електродів [м2] C = ----------- [F] d: Відстань, що розділяє електроди [m] d (= товщина діелектрика) і e 0: Дозвільна здатність вакууму (або повітря) 8,86E-12 [F/m] e = e 0 xerer: Відносна діелектрична проникність діелектрика [без одиниці]
Відносна діелектрична проникність насправді виражає, у скільки разів ємнісні явища кращі (або більші), ніж вакуум повітря або вільне повітря. Відносна діелектрична проникність e r = 8 для діелектрика означає, що ми отримуємо ємність у 8 разів більшу за тих самих розмірів, ніж якщо електроди були розділені лише повітрям.
Для отримання конденсаторів великої ємності важливо мати велику площу поверхні, спільну для двох електродів з невеликою відстанню між ними, і діелектрик з високою відносною діелектричною проникністю.
Це створює обмеження з точки зору опору ізоляції (діелектричної міцності) та розміру.
Крім того, діелектрик повинен мати характеристики з точки зору стабільності щодо температури, старіння або надійності (зміна ємності в%).
Загалом, термін служби конденсатора зменшується із збільшенням прикладеної напруги та температури навколишнього середовища.
B2.3 Робоча напруга
Конденсатор забезпечений для постійної роботи з відносно точною напругою. Робоча напруга є настільки ж важливою характеристикою, як і номінальне значення потужності, і завжди вказується на компоненті.
Значення, вказане на корпусі, як правило, представляє максимальне стійке значення, для якого специфікації конденсатора залишаються дійсними. Практика показує нам, що значення, виміряні в електронних схемах, розташовані приблизно на 60% від робочої напруги.
B2.4 Опір ізоляції та коефіцієнт втрат Будь-який діелектрик, який використовується для виготовлення конденсаторів, не може мати ідеальних характеристик. Невеликий струм витоку неминучий, якщо подається напруга, і ми можемо говорити про опір ізоляції діелектрика (наведено в мегаомах). Цей опір ізоляції зменшується зі старінням, він також може залежати від кліматичних умов. З іншого боку, коли конденсатор використовується в змінному струмі, енергія, необхідна молекулам діелектрика, щоб слідкувати за зміною напрямку електричного поля, призводить до середньої споживаної та втраченої потужності. Ці втрати, звані "електричним гістерезисом", приблизно пропорційні частоті. Сукупність втрат струмом витоку та гістерезисом можна символізувати опором і уявити або послідовно R S, або паралельно R P. Виробники надають нам коефіцієнт втрат, який насправді є відношенням втраченої потужності до ідеальної реактивної потужності.
Коефіцієнт втрат важливий при змінному режимі і може бути виражений тригонометричним співвідношенням векторів напруги, як показано на зображенні вище.
B2.5 Еквівалентна діаграма
Якщо ми трохи уважніше спостерігаємо за поведінкою конденсатора в електронному ланцюзі, то отримуємо більш повну еквівалентну діаграму.
Що стосується резисторів, спосіб виготовлення та неминуча наявність з'єднувальних проводів призводять до появи індуктивної складової, яка називається самоіндуктивністю L.
Опір R c являє собою опір з'єднань, опір R d - еквівалентне значення через втрати в діелектрику, а C - значення ідеальної допустимої ємності.
B2.6 Стабільний стан (синусоїдальний)
Коли ми хочемо знати поведінку компонента змінного струму, ми можемо легко виміряти його за допомогою простих електронних пристроїв: генераторів сигналів, осцилографів, мультиметрів.
Найзручніший стаціонарний стан для аналізу змінного струму виходить із синусоїдальним сигналом. Ми можемо розраховувати, що конденсатор поводиться аналогічно зі звичайним сигналом (аудіо, відео, дані).
Ми виявили, що напруга та струм мають однакову форму, але зміщуються один від одного на 90 градусів або на чверть періоду. Струм в конденсаторі випереджає напругу на його затискачах при живленні змінного струму.
Слід зазначити, що якщо у нас складається враження, що через конденсатор протікає струм, це насправді зміщення електронів металевих електродів і що, звичайно, в діелектрику немає струму.
B2.7 Ємнісний реактивний опір
Поведінка конденсатора в залежності від частоти призводить до великих змін у відношенні напруга-струм. Коли частота наближається до нуля, амплітуда струму практично дорівнює нулю, а конденсатор поводиться як розімкнута ланцюг.
І навпаки, коли частота висока, це амплітуда напруги, яка прагне до нуля, а конденсатор поводиться як коротке замикання.
Ми говоримо про ємнісний реактивний опір X C, виражений в омах [Вт], щоб продемонструвати поведінку конденсатора як функцію від частоти. Ця властивість дасть можливість виробляти електронні схеми, які будуть знати, як сортувати частоти або перешкоджати проходженню частотного діапазону, як, наприклад, у випадку фільтрів високих частот.
В2.8 Імпульсний режим
Корисно знати (або аналізувати) поведінку конденсатора в імпульсному режимі, коли він використовується з цифровими сигналами, а також вивчати, що відбувається в момент ввімкнення (іноді в момент спрацьовування).
Ми говоримо про перехідні явища і можемо виміряти їх за допомогою сигналу "стрибка єдності" або просто в ситуації ON-OFF. Розглянемо спрощену схему нижче і спостерігаємо за її поведінкою за формою різних напруг і струму в ланцюзі.
Форма струму в ланцюзі ідентична напрузі на резисторі, оскільки закон Ома залишається чинним i (t) = ur (t)/R. Зверніть увагу, що напруга на резисторі змінює полярність залежно від того, чи конденсатор заряджений або режим розряду. Ця властивість використовується для створення електронних схем, здатних виявляти різницю напруг (диференціатори) або запускати системи.
Швидкість видимого перехідного явища залежить від постійної часу ланцюга, заданої добутком R і C, вираженою грецькою буквою Tau: t = R x C [s].
B2.9 Коливальний контур
Конденсатори часто пов'язані з котушками в електронних схемах. Вони можуть поєднуватися як послідовно, так і паралельно, результат однаковий. Кожен із цих компонентів зберігає енергію, одну в електростатичній формі, а іншу в електромагнітному.
Конденсатор і котушка накопичують енергію по черзі; ці два компоненти взаємно обмінюються електричною енергією у грі. Цей обмін відбувається з дуже точною швидкістю. Це залежить від значення компонентів L і C.
Якщо ми подивимося на еволюцію струму в послідовному ланцюзі, як тільки вмикається джерело живлення, ми бачимо, що обмін має синусоїдальну форму, частота якої обчислюється за формулою w 2 x L x C = 1, з w = 2 xpx f. Вона називається частотою коливань f o або резонансною частотою f r .
Коливальний контур, також званий RLC-ланцюгом, є місцем так званих демпфірованих коливань, якщо значення загального опору ланцюга не перевищує критичного значення. Для кривої a схема називається надкритичною, критичною кривою b і кривою загасання коливань c.
Ця коливальна властивість робить їх ланцюгами, які змінюються за видимим опором в залежності від частоти.
Послідовний коливальний контур має малий імпеданс на частоті коливань і великий імпеданс на всіх інших частотах.
Паралельний коливальний контур має великий імпеданс на частоті коливань і малий імпеданс на всіх інших частотах.
Тому коливальні схеми можуть вибирати одну частоту серед інших, яка широко використовується в телекомунікаційній електроніці.
