Презентация на тему по физике на тему Конденсатор

него голландский физик Питер ван Мушенбрук изобрели конструкцию-прототип электрического конденсатора — «лейденскую

банку». Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников, разделенных непроводником (диэлектриком), упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше.

переменным значением ёмкости и малой проводимостью, устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

толщина которого мала по сравнению с размерами проводников.

1. Обкладки.
2.

Диэлектрик.

Основа конструкции конденсатора — две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком,

толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки). Ёмкость конденсатора измеряется в фарадах.

сопротивление 108-1012 Ом*м).

варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин

(называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).

момент включения его в цепь (происходит зарядка или перезарядка

конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

графических обозначений конденсаторов на схемах рекомендуется использовать ГОСТ 2.728-74 либо стандарт международной

ассоциации IEEE 315—1975.

мкФ = 1·106 пФ = 1·10−6 Ф) и пикофарадах (1 пФ

= 1·10−12 Ф), но нередко и в нанофарадах (1 нФ = 1·10−9 Ф). При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мкФ × 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10—180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение

номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = CU). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.

этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость

батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно

представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.
При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее нейтрализовавших друг друга. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так

как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.





Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости

достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса

корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита. Например, у конденсатора EPCOS B4345 с ёмкостью 12 000 мкФ, максимально допустимым напряжением 450 В и массой 1,9 кг плотность энергии при максимальном напряжении составляет 639 Дж/кг или 845 Дж/л. Особенно важен этот параметр при использовании конденсатора в качестве накопителя энергии, с последующим мгновенным её высвобождением, например, в пушке Гаусса.

напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он

может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.




Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. Эксплуатационное напряжение на конденсаторе должно быть не выше номинального.

Номинальное напряжение

при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита

с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве

случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов частая причина выхода их из строя вследствие близкого расположения с источниками тепла, например, рядом с радиатором охлаждения.

в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают вышибной предохранительный клапан

или выполняют надсечку корпуса (часто её можно заметить в виде креста или в форме букв X, K или Т на торце цилиндрического корпуса, иногда, на больших конденсаторах, она покрыта пластиком). При повышении внутреннего давления вышибается пробка клапана или корпус разрушается по насечке, пары электролита выходят в виде едкого газа и, даже, брызг жидкости. При этом разрушение корпуса конденсатора происходит без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора.

конструкции верхней крышки. Разрушение возможно из-за нарушения режима эксплуатации

(температуры, напряжения, полярности) или старения. Конденсаторы с разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вздувшаяся, но ещё не разорвана, то, скорее всего, скоро он выйдет из строя или сильно изменятся параметры, что сделает его использование невозможным.

Видны волокна бумажного сепаратора обкладок и развернувшиеся фольговые алюминиевые

обкладки.

последовательным и параллельным сопротивлением и индуктивностью. С достаточной для практики точностью, эквивалентную схему

реального конденсатора можно представить как показано на рисунке, где все двухполюсники подразумеваются идеальными.

изоляции — это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением Rd = U / Iут, где U —

напряжение, приложенное к конденсатору, Iут — ток утечки.
Из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд (саморазряд конденсатора). Часто, в спецификациях на конденсаторы, сопротивление утечки определяют через постоянную времени T саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению ёмкости на сопротивление утечки:

T — это время, за которое начальное напряжение на конденсаторе, неподключенном ко внешней цепи уменьшится в e раз.
Хорошие конденсаторы с полимерными и керамическими диэлектриками имеют постоянные времени саморазряда достигающие многих сотен тысяч часов.

ёмкость конденсатора; Rd — сопротивление изоляции конденсатора; Rs — эквивалентное последовательное сопротивление; Li — эквивалентная

последовательная индуктивность.

окружающей среды на один градус Цельсия (кельвин). ТКЕ определяется так:
Таким образом,

изменение ёмкости от температуры (при не слишком больших изменениях температуры) выражается линейной функцией:

Для конденсаторов, имеющих существенно нелинейную зависимость ёмкости от температуры и для конденсаторов с большими изменениями ёмкости от воздействия температуры окружающей среды в спецификациях нормируются относительное изменение ёмкости в рабочем диапазоне температур или в виде графика зависимости ёмкости от температуры.

обладают важным свойством самовосстановления (англ. self-healing, cleaning) электрической прочности

после пробоя диэлектрика. Механизм самовосстановления заключается в отгорании металлизации электрода после локального пробоя диэлектрика посредством микродугового электрического разряда.

с газообразным диэлектриком.
Конденсаторы с жидким диэлектриком.
Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные
Конденсаторы с твёрдым органическим

диэлектриком: бумажные
Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы.
Твердотельные конденсаторы

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:
Постоянные конденсаторы — основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
Переменные конденсаторы — конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры.
Подстроечные конденсаторы — конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры.

сферические и другие.

пропускать постоянный ток.
В радиотехнике: колебательный контур, выпрямитель.
Фотовспышка.

новой (цифровой) системой маркировки конденсаторы делятся на группы по

виду диэлектрика, назначению и варианту исполнения. Согласно этой системе, первая буква «К» означает «конденсатор», дальше следует цифра, обозначающая вид диэлектрика, и буква, указывающая, в каких цепях может использоваться конденсатор; после неё стоит номер разработки или буква, указывающая вариант конструкции.

конденсаторы, разработанные до 1960 года. В этой системе первая

буква К означает конденсатор, вторая — тип диэлектрика (Б — бумажный, С — слюдяной, К — керамический, Э — электролитический и так далее…), третья — конструктивные особенности (герметичность исполнения или условия эксплуатации). Для упрощения системы обозначений часто первую букву К пропускают, оставляя вторую и последующие.

широких пределах в зависимости от напряжения, приложенного к его обкладкам.
Условное

графическое обозначение вариконда

работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-n-перехода от обратного напряжения.
Варикапы с большой

рассеиваемой мощностью, предназначенные для умножения частоты в радиопередатчиках, принято называть варакторами.
Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура в частотноизбирательных цепях, деления и умножения частоты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др.

Обозначение варикапа на принципиальных электрических схемах.

p-n-перехода при изменении обратного напряжения, приложенного к структуре.
Типичная вольт-фарадная

характеристика варикапа.

Внутренняя структура варикапа.

(обеднённого слоя) изменяется в широких пределах, для характеристики изменения

ёмкости варикапа от приложенного напряжения применяют динамическую Cd или дифференциальную ёмкость — ёмкость для малого изменения напряжения на приборе (малосигнальный параметр). Динамическая емкость определяется как:

Дифференциальная ёмкость согласно ГОСТ Р 52002-2003 — это динамическая ёмкость для очень медленного изменения напряжения.
Зависимость динамической ёмкости от напряжения называется вольт-фарадной характеристикой и для варикапа приближённо описывается функцией: