Использование конденсатора в электронике.

Использование конденсатора в электронике.

В электронике используются три основные свойства конденсатора:
  • способность накапливать заряд
  • способность пропускать переменный ток и не пропускать постоянный
  • скорость с которой заряжается конденсатор можно вычислить

В зависимости от схемы включения, какое-то из этих свойств может проявляться сильнее других.

Наверное, самое известное свойство конденсатора — накопление энергии. И действительно в простейшем случае конденсатор можно представить себе как некий накопитель, например, бочку для воды, у которой нас интересуют два параметра: высота и вместимость между двумя метками(условно разделим бочку метками параллельными основанию, причём расстояние между двумя метками у всех бочек одинаковое ). Высота бочки определяет максимальный уровень воды в бочке, а вместимость — количество воды, которое можно поместить между двумя меткам .
Использование конденсатора в электронике.

Если провести аналогию с конденсатором, то высота бочки определяет максимальное напряжение до которого можно зарядить конденсатор, зарядить конденсатор до большего напряжения не получится, аналогично тому, что вода из бочки начнёт выливаться, а конденсатор просто выйдет из строя, а то ещё и взорвётся. Вместимость между двумя метками, у конденсатора её называют ёмкостью, она определяет какой заряд приходиться на 1 вольт, в этом случае расстояние между метками бочки в конденсаторе представляет собой разность потенциалов равную 1 вольт.

Давайте рассмотрим конденсатор ёмкостью 1uF и максимальным напряжением 25V, на каждый вольт такого конденсатора приходиться 1uF, а зарядить такой конденсатор можно до 25 вольт. Если мы зарядим такой конденсатор до 5V, в нём накопиться 5 раз по 1uF или 5uC(микрокулон, Q = C*U). Если же мы возьмём конденсатор 100V и 1uF и зарядим его до 5V, в нём также накопиться 5 раз по 1uF. Из этого можно сделать вывод, что низковольтный конденсатор можно запросто заменить более высоковольтным конденсатором такой же ёмкости.

Как это можно использовать?
Представьте себе микросхему, которая в определённые временные промежутки должна отдавать большой ток, причём за такой же промежуток времени она получает ток в несколько раз меньше, такой микросхеме для нормальной работы хорошо было бы под боком иметь бочонок с зарядом, роль такого бочонка, как раз и выполняет конденсатор и в таком случае он называется блокировочным или развязывающим. Развязывающим он называется потому, что как бы развязывает микросхему от общего питания и делает её в какой-то мере независимой от общего питания схемы. Что значит независимой от общего питания схемы?
Представьте себе плату на, которой расположены две микросхемы, у одной есть блокировочный конденсатор, у другой нет. Если мы кратковременно отключим питание схемы, та микросхема у которой нет блокировочного конденсатора сразу перестанет работать, а микросхема у которой есть блокировочный конденсатор, будет работать еще некоторое время, пока конденсатор не разрядиться, в этом и проявляется её в какой-то мере независимость.
Ёмкость блокировочного конденсатора обычно составляет 100nF и располагаться он должен как можно ближе к выводу микросхемы.
Использование конденсатора в электронике.


Второе применение бочонка — сглаживание пульсаций.
Представьте себе бочонок, в который вода подаётся и уходит как изображено на картинке ниже.
Использование конденсатора в электронике.

Когда уровень воды в бочонке превысит уровень сливного отверстия, какие бы брызги ни происходили в бочонке, на выходе их видно не будет, такой конденсатор называют сглаживающим, его можно встретить после диодного моста.
Использование конденсатора в электронике.

Ёмкость сглаживающего конденсатора — это отдельная тема, если она будет мала, то сглаживание будет происходить не полностью, а как на рисунке.
Использование конденсатора в электронике.


Примерное соотношение для выбора такого конденсатора, 1000uF на 1А. Развязывающий конденсатор то же сглаживает пульсации, но основная его задача обеспечить запас энергии.
Представляя конденсатор как бочку, очень просто понять параллельное соединение конденсаторов, если соединить два конденсатора параллельно, то их общая ёмкость будет равна сумме их ёмкостей.

Следующие включение конденсатора связано с его способностью пропускать переменный ток и не пропускать постоянный.

На просторах интернета можно найти такую картинку
Использование конденсатора в электронике.

она помогает запомнить это свойство конденсатора. Оно может пригодиться при работе со звуком, где полезным является только переменная составляющая сигнала, обозначенная на картинке синим цветом.
Использование конденсатора в электронике.

Такой конденсатор называют разделительным так как, он разделяет переменную и постоянную составляющую.
Использование конденсатора в электронике.


Ещё одно интересное свойство конденсатора — это скорость его зарядки. Также как вода не может мгновенно заполнить бочонок, также и конденсатор не может зарядиться мгновенно. Скорость заполнения бочонка ограничивает диаметр трубы, через которую подаётся вода, а скорость зарядки конденсатора ограничивает сопротивление, подключённое к одной из его обкладок.
Использование конденсатора в электронике.

Такое соединение конденсатора и резистора называют RC цепочкой, время зарядки конденсатора до 63% от приложенного напряжения легко посчитать по формуле

T = R*C

Т — постоянная времени зарядки RC цепи, измеряется в секундах.
Также из графика видно, что время зарядки конденсатора до 95%, от приложенного напряжения, составляет 3T. Разрядка конденсатора происходит по тому же закону.
Как это можно применить на практике?
Предположим через секунду после того как пришёл сигнал, надо включить двигатель, для этого мы берем резистор на 1Моm и конденсатор на 1uF, соединяем их как показано на картинке выше и подаем 10V. Постоянная времени такой цепи равна одной секунде, это значит, что через одну секунду напряжение на конденсаторе достигнет 63% от 10V и будет равно 6.3V, зафиксировав такое напряжение на конденсаторе мы можем смело включать двигатель.

И напоследок про последовательное соединение конденсаторов, в этом случае конденсатор удобно представить как смывной бачок унитаза. Представьте себе два бачка соединённых последовательно, но разных размеров, в которые подаётся вода. Механизмы, блокирующие подачу воды, в этих бочках соединены. Когда меньший бачок заполнится он заблокирует подачу воды, в другом бачке и получится такая ситуация: один бачок будет полный, а второй нет. Так же происходит при последовательном соединении двух конденсаторов, когда конденсатор с меньшей ёмкостью зарядиться, ток перестанет течь и конденсатор с большей ёмкостью больше заряжаться не будет. Оно и понятно, когда конденсатор с меньшей ёмкостью зарядиться, не будет разности потенциалов и как следствие, ток не потечёт.
На этом всё.
комментарии
0