Почему взрывается конденсатор в блоке питания?

Обновлено: 21.11.2024

Существуют различные типы конденсаторов, такие как полярные (конденсаторы постоянной емкости, например, электролитические, псевдоконденсаторы, ELD и суперконденсаторы) и неполярные конденсаторы (керамические, слюдяные, пленочные, бумажные и переменные конденсаторы). Конденсаторы играют активную и важную роль как в цепях переменного, так и постоянного тока (например, фильтры, RC-цепи, связь и развязка, улучшение коэффициента мощности, генераторы, демпферы, пускатели двигателей и т. д.). Давайте вернемся к теме поляризованных электролитических конденсаторов.

Электролитический полярный конденсатор – это тип полярного конденсатора, клеммы которого имеют полярность, обозначаемую катодом и анодом (положительная и отрицательная клеммы).

В электролитическом конденсаторе между двумя электродами находится изолирующий слой, используемый в качестве диэлектрика (твердого, жидкого или газообразного материала). Есть две металлические пластины, где первая пластина в качестве положительного «анода» покрыта изолирующим оксидным слоем посредством анодирования, а электролит используется в качестве второй клеммы, известной как «катод». Существует три типа электролитических конденсаторов: алюминиевые, танталовые и ниобиевые.

В алюминиевых электролитических конденсаторах электроды состоят из чистого алюминия, однако анодный (положительный) электрод изготовлен путем формирования изолирующего слоя оксида алюминия (Al2O3) через анодирование. Электролит (твердый или нетвердый) помещается на изолирующую поверхность анода. Этот электролит технически действует как катод. Второй алюминиевый электрод помещается поверх электролита, который служит его электрическим соединением с отрицательной клеммой конденсатора.

Алюминиевая фольга с бумагой между ними намотана вместе. Их пропитывают электролитом, а затем покрывают кожухом из алюминия. Этого достаточно, давайте сосредоточимся на теме прямо сейчас.

Оглавление

Что происходит с конденсатором, если он подключен к обратному напряжению?

Мы знаем, что конденсатор блокирует постоянный ток и пропускает переменный ток. Полярный, т.е. электролитический конденсатор должен быть подключен к правильным клеммам источника питания постоянного тока для правильной работы при использовании в цепях постоянного тока. Другими словами, положительный и отрицательный источник постоянного тока должны быть подключены к положительной и отрицательной клеммам конденсатора соответственно.

Несчастные случаи реальны и часто происходят намеренно или случайно. Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если полярный или электролитический конденсатор подключить к обратной клемме источника питания постоянного тока, т.е. минус к плюсу, и наоборот.

Полярный электролитический конденсатор взорвется в обратной полярности

Давайте сначала обсудим последний сценарий, чтобы обезопасить себя в первую очередь. В случае обратного включения конденсатор вообще не будет работать, а если приложенное напряжение выше значения номинала конденсатора, начнет протекать больший ток утечки и нагревать конденсатор, что приведет к повреждению диэлектрической пленки (алюминиевой слой очень тонкий и его легко сломать) по сравнению с приложенным постоянным напряжением) даже взорвать конденсатор.

Соблюдайте осторожность при подключении поляризованного конденсатора к источнику питания постоянного тока с помощью соответствующих клемм. В противном случае обратное напряжение может повредить общий конденсатор с треском или взрывом за очень короткое время (несколько секунд). Это может привести к серьезной травме или опасному пожару (танталовые конденсаторы с этим справляются).

Алюминиевые слои в электролитическом конденсаторе выдерживают только прямое напряжение постоянного тока (так же, как и диод прямого смещения). Обратное постоянное напряжение на полярном конденсаторе приведет к его выходу из строя из-за короткого замыкания между двумя его выводами через диэлектрический материал (так же, как диод обратного смещения, работающий в области пробоя). Это явление известно как клапанный эффект.

Имейте в виду, что электролит, используемый в фольге и электролитическом конденсаторе, может заживить и преобразовать конденсатор в его нормальное положение, если в конденсаторе прошло очень низкое обратное напряжение. Поэтому, если вы приложили обратное напряжение к полярному конденсатору и используете его для хобби, вы должны протестировать и проверить конденсатор перед установкой в ​​цепь или заменить его новым в случае коммерческого и промышленного использования.

Поляризованный конденсатор взорвется при обратном напряжении

В случае обратного напряжения (отрицательный источник к положительной клемме и наоборот) произойдет взрыв алюминиевого электролитического конденсатора из-за теории ионов водорода. При неправильном подключении проводов на электролитическом катоде возникает положительное напряжение, а на оксидном слое появляется отрицательное напряжение. В этой ситуации ионы водорода (H2), собранные в оксидном слое, будут проходить через диэлектрическую среду между двумя пластинами и достигать металлического слоя, где они превращаются в газообразный водород. Давление, создаваемое газообразным водородом, достаточно для разрушения конденсатора, а корпус может взорваться взрывом и паром.

Удельное сопротивление электролитического конденсатора становится меньше при перепутывании клемм

Когда положительная и отрицательная клеммы подключены наоборот. Водород будет генерироваться без образования оксидной пленки, необходимой для диэлектрической среды. По этой причине удельное сопротивление электролитического конденсатора с обратным подключением меньше по сравнению с правильным подключением, т. Е. Положительным и отрицательным источником к положительной и отрицательной клеммам соответственно. Весь этот процесс потерпит неудачу и повредит общий конденсатор.

Полярный конденсатор действует как короткое замыкание при обратной установке

Диэлектрическая среда, используемая между двумя электродами электролитического конденсатора, является однонаправленной, т. е. она пропускает ток только и только в одном направлении, как и диод с PN-переходом. В случае обратного подключения диэлектрическая среда не будет выступать в роли сопротивления или изоляционного материала. Газообразный водород будет генерироваться в течение нескольких секунд, и конденсатор будет действовать как короткое замыкание для источника постоянного тока, что приведет к отказу конденсатора (с вздутием верхней части или общим износом компонента).

Полезно знать:

  • Поляризованный и электролитический конденсаторы не будут подключаться к источнику переменного тока (как прямое, так и обратное подключение), поскольку они специально разработаны для правильной работы только и только в цепях постоянного тока. В этом случае конденсатор немедленно взорвется. Мы обсудим весь сценарий в следующей статье.
  • Неполярный электролитический конденсатор на самом деле представляет собой два последовательно соединенных электролитических конденсатора, соединенных встречно-параллельно (так же, как диоды, соединенные встречно-параллельно, или две батареи, соединенные последовательно). Эти конденсаторы используются время от времени из-за низкой надежности и эффективности, большого количества потерь и способности выдерживать низкое напряжение.

Внимание:

Всегда проверяйте положительный и отрицательный выводы электролитических и полярных конденсаторов. Тот, на котором напечатана отметка «-» (минус или полоса со стрелкой) или короткое звено, называется «катод» или отрицательный вывод, а другой с длинным отрезком известен как «анод» или положительный вывод.

Маленький чувак, как поляризованный конденсатор, очень опасен и с радостью взрывается и проливает кровь в случае замены и переворачивания его клемм или большей утечки или прямого тока и напряжения, отличного от номинального напряжения. Пожалуйста, надевайте защитные очки и не прикасайтесь ни к каким частям схемы во время игры и проектирования схем с использованием конденсаторов.

Электронные компоненты

Взрыв конденсатора может быть весьма неприятным событием, особенно если вы не ожидаете, что он взорвется в небытие.

Знание возможных причин взрыва конденсатора сэкономит вам нервы и деньги (поскольку вам не придется постоянно заменять перегоревшие конденсаторы).

Итак, что может привести к взрыву конденсатора? Двумя основными причинами взрыва конденсатора являются Напряжение обратной полярности и Перенапряжение (превышение напряжения всего на 1–1,5 В может привести к взрыву). . Электролитические конденсаторы более подвержены взрыву, чем конденсаторы других типов.

В этой статье мы подробно рассмотрим напряжение обратной полярности и другие возможные причины взрыва конденсатора.

Подробнее о конденсаторе

Понимание конструкции конденсатора поможет нам лучше разобраться в вопросе о том, что может привести к его взрыву.

Конденсатор – это электронный компонент, предназначенный для накопления энергии в электрическом поле.

Конденсаторы состоят из диэлектрика, который зажат между двумя проводящими пластинами.

Диэлектрик — это изоляционный материал. Материалы, используемые для диэлектрика конденсатора, могут варьироваться от стекла, керамики, пластиковой пленки, бумаги, слюды, воздуха и оксидных слоев.

Для двух пластин требуется проводник, который может варьироваться от; металлы, тонкая пленка, фольга или электролит.

Емкость конденсатора

Сколько энергии может хранить конденсатор, определяется его емкостью, которая измеряется в фарадах (Ф).

Конденсатор с более высоким значением емкости может удерживать гораздо больший заряд, чем конденсатор с меньшим значением.

На величину емкости конденсатора в значительной степени влияет его физическая конструкция. Таким образом, чем больше площадь пластин, тем выше их емкость.

  • Разделение пластин (чем ближе пластины, тем выше емкость)
  • Диэлектрический материал (чем выше диэлектрическая проницаемость, тем выше емкость

Напряжение конденсатора

Другим важным параметром конденсатора является его напряжение.

Это значение конденсатора определяет максимальное напряжение, которое он может выдержать без каких-либо отказов. Это мера прочности его диэлектрической изоляции.

Каждый конденсатор имеет номинальное напряжение, указанное на конденсаторе.

Если он не указан на конденсаторе, его можно найти в техническом паспорте.

Различные типы конденсаторов

Что касается конденсаторов, существует множество различных типов, каждый из которых подходит для различных электрических и электронных приложений.

Опять же, тип конденсатора во многом зависит от его конструкции и типа используемого диэлектрика.

  • Электролитический конденсатор
  • Слюдяной конденсатор
  • Бумажный конденсатор
  • Пленочный конденсатор
  • Керамический конденсатор

Поляризованные и неполяризованные конденсаторы

Другое различие между различными типами конденсаторов заключается в их полярности.

Конденсаторы могут быть поляризованными или не-поляризованными.

Конденсатор без полярности (неполяризованный) может быть включен в цепь любым способом.

Однако поляризованный конденсатор можно подключить только одним способом.

Он имеет один положительный вывод и один отрицательный вывод.

Итак, подключение поляризованного конденсатора требует большей осторожности, так как его клеммы должны быть правильно подключены прямо в цепи.

Конденсатор какого типа чаще взрывается?

Когда дело доходит до взрыва конденсатора, электролитический конденсатор чаще всего вызывает зрелище по сравнению с его аналогами.

Другие конденсаторы не взрываются, а горят, трескаются, взрываются или дымят.

Основная причина, по которой электролитический конденсатор может взорваться, связана с его конструкцией.

Как мы видели ранее, чем больше конденсатор, тем больше его емкость. Но иногда это нецелесообразно, так как может потребоваться конденсатор меньшего размера с высокой емкостью.

Один из способов сделать это — сблизить проводящие пластины конденсатора. Но снова мы сталкиваемся с другой проблемой, заключающейся в том, что номинальное напряжение становится немного непрактичным.

Для решения этой проблемы были разработаны электролитические конденсаторы.

Внутренняя конструкция электролитических конденсаторов

Они предназначены для достижения высокой емкости в меньших корпусах, с небольшим расстоянием между пластинами, а также с разумными напряжениями.

Вместо использования изоляционного материала для диэлектрика изолирующий слой создается оксидным слоем, который формируется в процессе, известном как анодирование анода (положительной пластины) конденсатора.

Окисленный слой превращается в тонкую пленку, благодаря которой обе пластины могут быть ближе друг к другу.

Этот процесс повторяется для катода (отрицательной пластины).

У электролитического конденсатора есть анод и катод, так как он поляризован.

Между двумя пластинами находится бумажный разделитель, пропитанный раствором на водной основе. В раствор (также известный как электролит) добавлена ​​щелочь, которая делает его проводником.

Так почему взрывается электролитический конденсатор?

При выходе из строя электролитического конденсатора (из-за факторов, о которых я расскажу ниже) разрушается оксидный слой.

Это приводит к тому, что через электролит проходит большой ток.

Большое количество тока приведет к большому количеству тепла. Это сильное тепло испарит воду в газ, который вызовет повышение давления в конденсаторе, что приведет к его взрыву.

По этой причине электролитические конденсаторы создаются с защитой от сбоев, которая представляет собой разделение в конденсаторе, что помогает более контролируемому выпуску газа.

Факторы, которые могут привести к взрыву конденсатора

Давайте рассмотрим факторы, которые могут привести к взрыву конденсатора.

Обратите внимание, что, как упоминалось ранее, вероятность взрыва электролитических конденсаторов выше.Но эти факторы по-прежнему вызывают выход из строя других типов конденсаторов, только без взрыва.

Первый наиболее распространенный фактор, который может привести к взрыву конденсатора, – это обратная полярность

.

Для компонентов и устройств с полярностью применяется обратная полярность.

Как вы видели ранее, электролитический конденсатор представляет собой поляризованный компонент с положительным и отрицательным выводами, что означает, что его необходимо правильно подключить в цепи.

Смена полярности конденсатора означает, что вы неправильно подключили его к цепи (положительный вывод подключается к отрицательному, а отрицательный — к положительному).

Если вы подключили его неправильно и подали напряжение в течение очень короткого промежутка времени, это не должно быть большой проблемой.

Однако более длительное воздействие обратной полярности может привести к взрыву электролитического конденсатора.

Следующим фактором, который может привести к взрыву конденсатора, является Перенапряжение

Конденсатор удерживает определенную емкость, а также выдерживает определенные напряжения и токи.

Напряжение конденсатора обычно указывается снаружи его упаковки.

Превышение этих напряжений может привести к выходу диэлектрика из строя, что приведет к протеканию больших токов.

Эти большие токи вызывают большое количество тепла и тем самым разрушают внутреннюю структуру конденсатора.

Как мы видели ранее, с электролитическими конденсаторами вода закипает, превращаясь в пар, который создает давление, что приводит к взрыву.

Перенапряжение или ток могут быть вызваны человеческим фактором. Где человек может подавать напряжение, превышающее предел конденсаторов.

Или это может быть вызвано скачком напряжения.

Следующий фактор больше относится к электролитическим конденсаторам и сводится к их хранению.

Электролитические конденсаторы плохо хранятся.

Их номинальное напряжение резко снижается по мере того, как дольше они хранятся, поскольку их внутренний химический состав ухудшается.

Это может привести к взрыву конденсатора, поскольку он может отображать определенное напряжение, но его фактическое напряжение уменьшилось. Таким образом, когда вы подаете отображаемое напряжение, оно будет выше, чем фактическое напряжение, вызывающее взрыв.

Может ли взорвавшийся конденсатор работать?

К сожалению, взорвавшийся конденсатор не будет работать.

Внутренний состав конденсатора разработан специально для накопления электрического поля.

Взрыв разрушит внутреннюю конструкцию, что сделает конденсатор бесполезным.

Как предотвратить взрыв конденсатора

Взрыв конденсатора может быть ужасным событием!

Итак, чем меньше взрывов, тем лучше. Кроме того, это сэкономит вам много денег, так как вам не придется постоянно их заменять.

Ниже приведены некоторые меры, которые вы можете предпринять, чтобы предотвратить разрушение конденсатора.

Обратная полярность. Если вы используете поляризованные конденсаторы (например, электролитические конденсаторы), проверьте дважды, а не трижды, правильно ли вы их подключили, прежде чем подавать напряжение.

Перенапряжение. Это может быть простым решением, но стоит отметить, что не выходите за пределы номинального напряжения конденсаторов.

Хранение. Избегайте длительного хранения электролитических конденсаторов. Если вы собираетесь использовать устройство, которое долгое время хранилось, проверьте, может ли оно выдерживать напряжение, для которого оно было разработано.

Почему конденсатор взорвался, оказалось из-за него!

Если конденсатор взорвется, его мощность нельзя недооценивать. Открою секрет, что вызывает взрыв конденсатора?

<р>1. Положительный и отрицательный полюсы меняются местами.
Для поляризованных конденсаторов положительный и отрицательный полюсы меняются местами, как у танталовых конденсаторов. Если положительный и отрицательный полюсы поменять местами, конденсаторы сгорят при легком весе, а конденсаторы взорвутся при большем весе.

<р>2. Качество конденсатора не имеет значения.
Если качество конденсатора не высокое (некачественный процесс изготовления и т. д.), это может привести к повреждению внутренних компонентов конденсатора, повреждению изоляции корпуса, д., что может привести к взрыву конденсатора.

<р>3. Плохая герметизация и утечка масла.
Плохая герметизация монтажной втулки приводит к попаданию влаги внутрь, что может привести к снижению сопротивления изоляции; или падение поверхности масла из-за утечки масла, что приводит к падению, что может вызвать выброс в направлении разрушения корпуса или компонента.

<р>4.Внутренний свободный и вздутый
Когда внутри конденсатора генерируются коронный разряд, пробойный разряд и сильное разделение, конденсатор снижает начальное свободное напряжение компонента ниже напряженности рабочего электрического поля под действием перенапряжения, тем самым вызывая серия физических, химических и электрических воздействий для ускорения старения изоляции, разложение с образованием газа, образующего порочный круг, так что давление оболочки коробки увеличивается, в результате чего внешняя стенка стенки коробки набухает и вызывает взрыв.< /p> <р>5. Повреждение изоляции корпуса
Выводной провод на стороне высокого напряжения конденсатора изготавливается из тонкого стального листа, если производственный процесс не соответствует требованиям. На краях имеются заусенцы или сильные изгибы, а кончик подвержен коронации. Корона вызовет разложение масла, расширит корпус и опустит поверхность масла, что вызовет пробой. Кроме того, при герметизации, если время сварки на углу слишком велико, внутренняя изоляция будет сожжена, а масло и газ будут генерироваться, что значительно снизит напряжение и повредит ее.

<р>6. Включение под напряжением вызывает взрыв конденсатора.
Любая батарея конденсаторов номинального напряжения не может находиться под напряжением в закрытом состоянии. Каждый раз при повторном включении конденсаторной батареи конденсатор должен быть разряжен в течение 3 минут при выключенном выключателе, иначе полярность напряжения в момент закрытия может оказаться противоположной полярности остаточного заряда на конденсаторе и вызвать взрыв. По этой причине обычно устанавливается, что конденсаторная батарея мощностью 160 кВАр и более должна быть оборудована устройством автоматического отключения при отсутствии напряжения, а выключатель конденсаторной батареи не допускается оснащать устройством автоматического повторного включения. .

<р>7. Чрезмерная температура вызывает взрыв конденсатора.
Если температура конденсатора слишком высока, электролит внутри него быстро испаряется и расширяется, прорывая ограничитель оболочки и взрываясь. Общие причины следующие: ① Напряжение слишком высокое, что приводит к выходу из строя конденсатора, и ток через конденсатор быстро увеличивается в одно мгновение; ② Температура окружающей среды слишком высока и превышает допустимую рабочую температуру конденсатора, что приводит к закипанию электролита.

Почему конденсатор взорвался, я считаю, теперь всем должно быть очень ясно и известно, как это предотвратить.

Xuansn2 2020-12-28T03:57:37+00:00 Категории: Часто задаваемые вопросы | Теги: конденсатор взрывается | Комментарии к записи Почему взорвался конденсатор, оказалось из-за него отключены!

Нет, мы говорим не о Grand Theft Auto! Открывать крышку в мире электроники нехорошо, если только вам не нравится смотреть, как ваш электролитический конденсатор сгорает в огне. Конденсаторы играют важную роль в семействе пассивных электронных компонентов, и их можно использовать повсеместно.

Помните вспышку в своем цифровом фотоаппарате? Конденсаторы делают это возможным. Или возможность изменить канал на вашем телевизоре? Снова конденсаторы. Эти ребята — маленькие батарейки, которые «могут», и вам нужно знать о них все, что известно, прежде чем вы начнете работать над своим первым проектом в области электроники.

Это как бутерброд с мороженым

Проще говоря, конденсатор накапливает электрический заряд , как батарея. Также называемые конденсаторами, вы найдете этих ребят в приложениях, требующих накопления энергии, подавления напряжения и даже фильтрации сигналов. И как они выглядят? Ну, бутерброд с мороженым!

Что бы вы сделали с баром КлондайкⓇ? Сравните его с конденсатором, конечно! (Источник изображения)

Подумайте о том восхитительном бутерброде с мороженым, которым вы наслаждались в тот душный летний день. У вас есть вкусная корочка с двух сторон, а кремовая плитка ванильного мороженого находится посередине. Эта композиция из двух внешних слоев и одного внутреннего слоя и есть то, как выглядит конденсатор. Вот из чего они сделаны:

  • Начнем снаружи. В верхней и нижней части конденсатора вы найдете набор металлических пластин, также называемых проводниками. Электрический заряд находит эти металлические пластины очень привлекательными.
  • Сидя посередине. Среди этих двух металлических пластин вы найдете изолятор или материал, к которому не притягивается электричество. Этот изолятор обычно называют диэлектриком, и он может быть изготовлен из бумаги, стекла, резины, пластика и т. д.
  • Соединяем вместе. Две металлические пластины сверху и снизу крышки соединены двумя электрическими клеммами, которые соединяют ее с остальной частью цепи. Один конец конденсатора подключается к источнику питания, а другой — к земле.

Внутреннее устройство конденсатора: две металлические пластины, внутренний диэлектрик и соединительные клеммы.

Конденсаторы всех форм и размеров

Конденсаторы бывают разных форм и размеров, каждый из которых определяет, насколько хорошо они могут удерживать заряд. Три наиболее распространенных типа конденсаторов, с которыми вы столкнетесь, включают керамический конденсатор, электролитический конденсатор и суперконденсатор:

Керамические конденсаторы

Это конденсаторы, с которыми вы, вероятно, будете работать в своем первом проекте по электронике с использованием макетной платы. В отличие от своих электролитических аналогов, керамические конденсаторы держат меньший заряд, но и пропускают меньше тока. Они также оказались самыми дешевыми конденсаторами из всех, так что запасайтесь! Вы можете быстро идентифицировать сквозной керамический конденсатор, глядя на маленькие желтые или красные лампочки с двумя торчащими выводами.

Три типа керамических конденсаторов, которые вы будете использовать на макетных платах. (Источник изображения)

Электролитические конденсаторы

Эти ребята выглядят как маленькие консервные банки, которые вы найдете на печатной плате, и могут удерживать огромный электрический заряд в своей крошечной площади. Это также единственный тип поляризованных конденсаторов, а это означает, что они будут работать только при определенной ориентации. На этих электролитических конденсаторах есть положительный контакт, называемый анодом, и отрицательный контакт, называемый катодом. Анод всегда должен быть подключен к более высокому напряжению. Если вы подключите его наоборот, а катод получит более высокое напряжение, то приготовьтесь к взрыву колпачка!

Электролитический конденсатор. Обратите внимание на положительный более длинный контакт (анод) и более короткий отрицательный контакт (катод). (Источник изображения)

Несмотря на способность удерживать большое количество электрического заряда, электролитические конденсаторы также хорошо известны тем, что они пропускают ток быстрее, чем керамические конденсаторы. Из-за этого они не лучший выбор, когда вам нужно сохранить энергию.

Суперконденсаторы

Суперконденсаторы — это супергерои семейства конденсаторов, которые могут хранить большое количество энергии! К сожалению, суперконденсаторы не очень хорошо справляются с избыточным напряжением, и вы окажетесь без конденсатора, если превысите максимальное напряжение, указанное в техническом описании. ПОП!

В отличие от электролитических конденсаторов, суперконденсаторы используются для хранения и разрядки энергии, как аккумуляторы. Но, в отличие от батареи, суперконденсаторы разряжают весь свой заряд сразу, и вы никогда не продлите срок службы батареи по сравнению с обычной батареей.

Посмотрите на этот мускулистый суперкап! Он имеет огромную емкость 3000F. (Источник изображения)

Символы конденсатора

Определить конденсатор на вашей первой схеме очень просто, так как они бывают только двух типов: стандартные и поляризованные. Посмотрите на символ стандартного конденсатора ниже. Вы заметите, что это всего лишь две простые строки с пробелом между ними. Это две металлические пластины, расположенные сверху и снизу физического конденсатора.

Поляризованный конденсатор выглядит немного по-другому и имеет дугообразную линию в нижней части, а также положительный вывод наверху. Эта положительная клемма очень важна и указывает, как должен быть подключен этот поляризованный конденсатор. Положительная сторона всегда подключается к источнику питания, а сторона дуги подключается к земле.

Два наиболее распространенных типа конденсаторов, которые вы можете увидеть на схемах для США: стандартный и поляризованный.

Кто изобрел эти вещи?

Хотя многие считают английского химика Майкла Фарадея пионером современного конденсатора, он не был первым, кто его изобрел. То, что сделал Фарадей, было важно — он продемонстрировал первые практические образцы конденсатора и способы его использования для накопления электрического заряда в своих экспериментах. И благодаря Фарадею у нас также есть способ измерить заряд, который может удерживать конденсатор, известный как емкость и измеряемый в фарадах!

Блестящий английский химик Майкл Фарадей, пионер конденсаторов, которые мы используем сегодня. (Источник изображения)

До Майкла Фарадея некоторые записи указывают на то, что покойный немецкий ученый Эвальд Георг фон Клейст изобрел первый конденсатор в 1745 году. Несколько месяцев спустя голландский профессор по имени Питер ван Мусшенбрук придумал аналогичную конструкцию, ныне известный как Лейденская банка. Странное время, верно? Однако все это было просто совпадением, и оба ученых получили одинаковое признание за свои первоначальные изобретения конденсатора.

Самый ранний пример конденсатора — лейденская банка. (Источник изображения)

Знаменитый Бенджамин Франклин позже усовершенствовал дизайн лейденской банки, созданный Мусшенбруком. Франклин также смог обнаружить, что использование плоского куска стекла было отличной альтернативой использованию целой банки. Так родился первый плоский конденсатор, получивший название «Площадь Франклина».

Прописные буквы в действии — как они работают

Давайте подробно рассмотрим, как работают эти мощные конденсаторы, на практическом примере. Вы уже пользовались цифровой камерой, верно? Тогда вы знаете, что есть несколько коротких моментов между нажатием кнопки, чтобы сделать снимок, и выключением вспышки.

Что здесь происходит? К вспышке прикреплен конденсатор, который заряжается после того, как вы нажмете кнопку, чтобы сделать снимок. Как только этот конденсатор полностью заряжается от аккумулятора камеры, вся эта энергия выбрасывается наружу ослепляющей вспышкой света!

Посмотрите, конденсатор, который делает возможной вспышку в этой камере. (Источник изображения)

Как же все это произошло? Вот взгляд изнутри на таинственный мир конденсатора:

  1. Все начинается с зарядки. Электрический ток от источника питания сначала поступает в конденсатор и застревает на первой пластине. Почему он застревает? Потому что есть изолятор, который не пропускает отрицательно заряженную электронику.
  2. Сборы накапливаются. По мере того как все больше и больше электронов прилипают к этой первой пластине, она становится отрицательно заряженной и в конечном итоге отталкивает все лишние электроны, с которыми не может справиться, на другую пластину. Затем эта вторая пластина становится положительно заряженной.
  3. Счет сохраняется. Пока две пластины конденсатора продолжают заряжаться, отрицательные и положительные электроны отчаянно пытаются соединиться, но этот надоедливый изолятор посередине не позволяет им, создавая электрическое поле. Вот почему колпачок продолжает удерживать и накапливать заряд, потому что существует бесконечный источник напряжения между отрицательной и положительной сторонами двух пластин, которые не разрешены.
  4. Заряд ослабевает. Рано или поздно две пластины в нашем конденсаторе не смогут удерживать заряд, так как они полностью заполнены. Но что происходит сейчас? Если в вашей цепи есть путь, по которому электрический заряд может течь куда-то еще, тогда все электроны в вашей шапке разрядятся, в конце концов прекратив свое напряжение, поскольку они будут искать другой путь друг к другу.

Измерение этого заряда

Как можно измерить, сколько заряда хранится в конденсаторе? Каждый колпачок рассчитан на определенную емкость. Измеряется в фарадах в честь английского химика Майкла Фарадея. Поскольку один фарад удерживает тонну электрического заряда, вы обычно видите конденсаторы, измеряемые в пикофарадах или микрофарадах. Вот полезная диаграмма, показывающая, как распределяются эти показатели:

Название Сокращение Фарады
Пикофарады пФ 0,000000000001 Ф
Нанофарад нФ 0,000000001 Ф
Микрофарад мкФ 0,000001 Ф
Милифарады мФ 0,001 Ф
Килофарад кФ 1000 Ф

Теперь, чтобы выяснить, сколько заряда в данный момент хранится в конденсаторе, вам понадобится следующее уравнение:

В этом уравнении общий заряд представлен как (Q), а отношение этого заряда можно найти, умножив емкость конденсатора ( C ) на приложенное к нему напряжение ( V ). Здесь следует отметить одну вещь: емкость конденсатора напрямую связана с его напряжением. Таким образом, чем больше вы увеличиваете или уменьшаете источник напряжения в цепи, тем больше или меньше заряда будет иметь ваш конденсатор.

Емкость в параллельных и последовательных цепях

При параллельном соединении конденсаторов в цепи общую емкость можно найти, сложив вместе все емкости по отдельности.

Получить общую емкость в параллельной цепи так же просто, как 1+1, просто сложите их все вместе!(Источник изображения)

При последовательном соединении конденсаторов общая емкость цепи является обратной суммой всех емкостей. Вот краткий пример: если у вас есть два конденсатора по 10 Ф, соединенных последовательно, их общая емкость составит 5 Ф.

Получить общую емкость в последовательной цепи немного сложнее. Емкость уменьшается вдвое. (Источник изображения)

Как заставить работать прописные буквы

Теперь, когда у нас есть четкое представление о том, что такое конденсаторы, как они работают и как их измеряют, давайте рассмотрим три распространенных приложения, в которых используются конденсаторы. Сюда входят такие приложения, как развязывающие конденсаторы, накопители энергии и емкостные сенсорные датчики.

Развязывающий конденсатор

В наши дни вам будет трудно найти схему, которая не включает интегральную схему или ИС. В схемах такого типа конденсаторы выполняют важную функцию, удаляя все высокочастотные помехи, присутствующие в сигналах источника питания, питающих микросхему.

Почему это необходимая работа для нашего конденсатора? Любое колебание напряжения может быть фатальным для микросхемы и даже привести к неожиданному отключению питания микросхемы. Размещая конденсаторы между ИС и источником питания, они гасят колебания напряжения, а также действуют как второй источник питания, если первичный источник питания падает достаточно, чтобы отключить ИС.

Развязывающий конденсатор для контроля колебаний напряжения.

Хранение энергии

Конденсаторы во многом схожи с батареями, включая их способность накапливать энергию. Однако, в отличие от батареи, конденсаторы не могут удерживать такую ​​же мощность. Но хотя они не могут угнаться за количеством, они компенсируют это своим энтузиазмом, чтобы разрядиться как можно быстрее! Конденсаторы могут отдавать энергию намного быстрее, чем батарея, поэтому они идеально подходят для питания вспышки в фотоаппарате, настройки радиостанции или переключения каналов на телевизоре.

Емкостные датчики касания

Одно из последних достижений в области применения конденсаторов связано с бурным развитием технологий сенсорных экранов. Стеклянные экраны, из которых состоят эти сенсорные датчики, имеют очень тонкое прозрачное металлическое покрытие. Когда ваш палец касается экрана, это создает падение напряжения, определяя точное местоположение вашего пальца!

Емкостные сенсорные датчики в действии с защитной накладкой и печатной платой. (Источник изображения)

Практика — выбор конденсатора

Давайте перейдем к сфере практичности и поговорим о том, на что следует обратить внимание при выборе следующего конденсатора. Необходимо учитывать пять переменных, в том числе:

  • Размер. Сюда входят как физический размер конденсатора, так и его общая емкость. Не удивляйтесь, если выбранный вами конденсатор является самой большой частью вашей печатной платы, так как чем больше емкость вам нужна, тем больше они получаются.
  • Допуск. Точно так же, как и резисторы, конденсаторы имеют переменный допуск. Вы найдете допуск для конденсаторов в диапазоне от ±1% до ±20% от заявленного значения.
  • Максимальное напряжение. У каждого конденсатора есть максимальное напряжение, которое он может выдержать. Иначе он взорвется! Вы найдете максимальное напряжение от 1,5 В до 100 В.
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Как и любой другой физический материал, выводы конденсатора имеют очень небольшое сопротивление. Это может стать проблемой, если вам нужно помнить о потерях тепла и электроэнергии.
  • Ток утечки. В отличие от наших батарей, конденсаторы будут пропускать накопленный заряд. И хотя он разряжается медленно, обратите внимание на то, насколько сильно протекает ваш конденсатор, если его основная функция заключается в хранении энергии.

Все заряжено

Вот и все, что вам нужно знать о конденсаторах, чтобы зарядить их для вашего следующего проекта в области электроники! Конденсаторы — это очаровательная маленькая группа, способная накапливать электрический заряд для различных приложений, и они могут даже выступать в качестве вторичного источника питания для этих чувствительных интегральных схем. При работе с конденсаторами помните о максимально возможном напряжении. В противном случае вы получите несколько взрывающихся крышек, как вы увидите на видео:

Знаете ли вы, что Autodesk EAGLE бесплатно включает множество библиотек конденсаторов? Начните свой следующий проект в области электроники и избавьтесь от хлопот по созданию собственных деталей!Попробуйте Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня.

Читайте также: