Электроника

Применение конденсаторов[править | править код]

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники.

Конденсаторы (совместно с индуктивностями и/или резисторами) используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных контуров и т. п..

При быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, импульсных лазерах с оптической накачкой и т. п.

Так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии.

В промышленной электротехнике конденсаторы используются для компенсации реактивной мощности и фильтрах высших гармоник.

Полярные и неполярные конденсаторы – в чем отличие

Всевозможные типы конденсаторов, используемые сегодня практически всюду в электронике и электротехнике, в качестве диэлектрика содержат различные вещества

Однако, что касается конкретно электролитических конденсаторов, в частности также танталовых и полимерных, то для них при включении в схему важно строгое соблюдение полярности. Если такой конденсатор включить в цепь неправильно, то он не сможет нормально работать

Данные конденсаторы называются поэтому полярными. В чем же заключается принципиальное отличие полярного конденсатора от неполярного, почему одним конденсаторам все равно как быть включенными в схему, а другим принципиально важно соблюдение полярности?

Будет интересно Как обозначаются конденсаторы на схеме?

В этом и попробуем сейчас разобраться. Дело здесь в том, что процесс изготовления электролитических конденсаторов сильно отличается от, скажем, керамических или полипропиленовых. Если у последних двух как обкладки, так и диэлектрик однородны по отношению друг к другу, то есть нет различия в структуре на границе обкладка-диэлектрик с обеих сторон диэлектрика, то электролитические конденсаторы (цилиндрические алюминиевые, танталовые, полимерные) имеют различие в структуре перехода диэлектрик-обкладка с двух сторон диэлектрика: анод и катод отличаются по химическому составу и физическим свойствам.

Когда изготавливают электролитический алюминиевый конденсатор, то не просто скручивают в рулон две одинаковые обкладки из фольги, проложенные пропитанной электролитом бумагой. Со стороны анодной обкладки (на которую подается +) присутствует слой оксида алюминия, нанесенный на травленую поверхность фольги особым способом. Анод призван отдавать электроны через внешнюю цепь катоду в процессе заряда конденсатора. Отрицательная обкладка (катод) – просто алюминиевая фольга, на нее в процессе заряда приходят электроны по внешней цепи. Электролит здесь служит проводником ионов.

Полярные и неполярные конденсаторы.

Так же обстоит дело и с танталовыми конденсаторами, где в качестве анода служит порошок тантала, на котором формируется пленка пентаоксида тантала (анод связан с оксидом!), несущего функцию диэлектрика, затем идет слой полупроводника — диоксида марганца в качестве электролита, затем серебряный катод, с которого будут уходить электроны в процессе разряда.

Полимерные электролитические конденсаторы в качестве катода используют легкий проводящий полимер, а в остальном все процессы аналогичны. Суть — окислительная и восстановительная реакции, как в аккумуляторной батарее. Анод окисляется во время электрохимической реакции разрядки, а катод восстанавливается.

Когда электролитический конденсатор заряжен, то имеет место избыток электронов на его катоде, на минусовой обкладке, сообщающий как раз отрицательный заряд этой клемме, а на аноде — недостаток электронов, дающий положительный заряд, таким образом получаем разность потенциалов. Если заряженный электролитический конденсатор замкнуть на внешнюю цепь, то избыточные электроны побегут от отрицательно заряженного катода к положительно заряженному аноду, и заряд будет нейтрализован. В электролите положительные ионы движутся в этот момент от катода к аноду.

Если включить такой полярный конденсатор в цепь неправильно, то описанные реакции не смогут нормально протекать, и конденсатор не будет нормально работать. Неполярные же конденсаторы могут работать в любом включении, поскольку в них нет ни анода, ни катода, ни электролита, и их обкладки взаимодействуют с диэлектриком одинаково, ровно как и с источником.

Полярность конденсатора.

А что если под рукой есть только полярные электролитические конденсаторы, а нужно осуществить включение конденсатора в цепь тока с меняющейся полярностью? Для этого существует одна хитрость. Нужно взять два одинаковых полярных электролитических конденсатора, и соединить их между собой последовательно одноименными клеммами. Получится один неполярный конденсатор из двух полярных, емкость которого будет в 2 раза меньше каждого из двух его составляющих.

Будет интересно Конденсатор — простыми словами о сложном

На этой основе, кстати, изготавливают неполярные электролитические конденсаторы, в которых слой оксида присутствует на обеих обкладках. По этой причине неполярные электролитические конденсаторы имеют значительно больший размер, чем полярные аналогичной емкости. Основываясь на данном принципе, изготавливают также электролитические пусковые неполярные конденсаторы, рассчитанные на работу в цепях переменного тока частотой 50-60 Гц.

Полярный и неполярный конденсатор

С помощью мультиметра

Перед проведением экспериментов важно собрать схему так, чтобы испытательное напряжение источника постоянного тока (ИП) не превышало 70-75% от номинала, указанного на корпусе накопителя или в справочнике. Например, если электролит рассчитан на 16 В, то ИП должен выдавать не более 12 В

Если номинал электролита неизвестен, начинать эксперимент следует с малых значений в диапазоне 5-6 В, и затем постепенно повышать напряжение на выходе ИП.

Конденсатор должен быть полностью разряжен – для этого нужно соединить его ножки или выводы накоротко на несколько секунд металлической отверткой или пинцетом. Можно подключить к ним лампу накаливания от карманного фонарика, пока она не потухнет или резистор. Затем следует внимательно осмотреть изделие – на нем не должно быть повреждений и вздутий корпуса, особенно защитного клапана.

Потребуются следующие устройства и компоненты:

• ИП – батарея, аккумулятор, блок питания компьютера или специализированное устройство с регулируемым выходным напряжением;
• мультиметр;
• резистор;
• монтажные принадлежности: паяльник с припоем и канифолью, бокорезы, пинцет, отвертка;
• маркер для нанесения знаков полярности на корпус проверяемого электролита.

Затем следует собрать электрическую схему:

• параллельно резистору с помощью “крокодилов” (т.е. щупов с зажимами) присоединить мультиметр, настроенный на измерение постоянного тока;
• плюсовую клемму ИП соединить с выводом резистора;
• другой вывод резистора соединить с контактом емкости, а ее 2 контакт присоединить к минусовой клемме ИП.

Если полярность подключения электролита правильная, мультиметр ток не зафиксирует. Т.о., контакт, соединенный с резистором, будет плюсовым. В противном случае мультиметр покажет наличие тока. В этом случае с минусовой клеммой ИП был соединен плюсовой контакт электролита.

Другой способ проверки отличается тем, что мультиметр, параллельно подключенный к сопротивлению, переводится в режим измерения постоянного напряжения. В этом случае при правильном подключении емкости прибор покажет напряжение, величина которого затем будет стремиться к нулю. При неправильном подключении напряжение сначала будет падать, но потом зафиксируется на ненулевой величине.

Согласно 3 способу прибор, измеряющий постоянное напряжение, присоединяется параллельно не сопротивлению, а проверяемой емкости. При правильном подключении полюсов емкости напряжение на ней достигнет величины, выставленной на ИП. Если же минус ИП будет соединен с плюсом емкости, т.е. неправильно, напряжение на конденсаторе поднимется до значения, равного половине величины, выдаваемой ИП. Например, если на клеммах ИП 12 В, то на емкости будет 6 В.

После окончания проверок емкость следует разрядить так же, как и в начале эксперимента.

Один из наиболее распространенных компонентов электрических схем – неполярный конденсатор. Они применяются в блоке питания, высокочастотном устройстве (емкости с тремя выводами), в цепи звука и т.д.

В рамках этой статьи мы не будем затрагивать теоретические основы радиоэлектроники, чтобы описать его принцип работы. Если требуется обновить знания, эту информацию несложно найти через поисковые серверы. Поэтому перейдем, непосредственно, к практическим вопросам. А именно: чем неполярная емкость отличается от полярной, как проверить работоспособность элемента, маркировка и т.д.

Маркировка

Существует три основных параметра, характеризующие конденсатор: показатель номинальной емкости, допуска и штатного напряжения. В большинстве случаев применяется два метода маркировки – буквенно-числовой и числовой.

В первом случае буква обозначает величину емкости (μ, nF, pF) и играет роль десятичной запятой. Например, если неполярный конденсатор имеет маркировку 1 μ, значит это деталь с емкостью 1 мкф, а надпись 3μ3 – 3,3 мкФ.

Для обозначения допуска может использоваться буквенная кодировка, ее расшифровка представлена на рисунке 8.

Рисунок 8. Расшифровка буквенной маркировки допуска

Рабочее напряжение емкости также может обозначаться буквенным кодом, ниже приведена его раскодировка.

Таблица: расшифровка буквенной маркировки допустимого напряжения

Емкости небольшого размера, например, в SMD исполнении принято маркировать трехзначным цифровым кодом.

Трехзначный цифровой код параметра емкость

Чтобы не запоминать все значения таблицы, воспользуйтесь следующим правилом расшифровки: значения приводятся в пикофарадах, первое и второе значение – мантисса, третье – степень с основанием 10. Например, надпись 331 будет означать 330 пФ (33*10).

С помощью чего измеряют полярность у конденсатора

Как узнать где на конденсаторе плюс, если стерта маркировка? К сожалению, в подавляющем большинстве случаев, при удаленной маркировке определить правильную полярность не представляется возможным. Для некоторых типов радиодеталей, при наличии соответствующего опыта, можно определять полярность при помощи тестера. Порядок действий следующий:

• Переключатель прибора ставят в положение измерения сопротивления.
• Прикасаются щупами к выводам элемента. В этот момент стрелка делает бросок, показывая низкое сопротивление (это происходит из-за процесса зарядки). Затем показания прибора изменяются в сторону увеличения сопротивления.
• Меняют полярность щупов. Стрелка совершает еще больший скачок и снова возвращается в положение высокого сопротивления. Происходит разряд и последующий заряд с противоположной полярностью.
• Засекают значения максимального сопротивления при различной полярности подключения щупов прибора. Меньшее значение говорит о наличии токов утечки, а значит полярность подключения щупов не соответствует назначению выводов. То есть, если обнаружено некоторое сопротивление, то положительный щуп устройства подключен к отрицательному выводу конденсатора. При правильной полярности у исправного элемента токи утечки ничтожны, и сопротивление приближается к бесконечности.

Вам это будет интересно Перевод ватт в киловатты

Все вышесказанное справедливо только для некоторых типов электролитических конденсаторов, обладающими сравнительно большой ёмкостью. В остальных случаях достоверно определить назначение выводов достаточно проблематично.

Соблюдение полярности при подключении конденсаторов к цепям схемы важно не только для правильного функционирования устройства. Не менее важна безопасность, так как несоблюдение требований может привести к разрушению корпуса и повреждению других элементов конструкции

Как сделать неполярный конденсатор из полярного

Порой случаются ситуации, когда для усилителя или иного прибора нужно применить неполярный конденсаторный элемент, но под рукой присутствуют исключительно полярные. Заменить неполяризованный конденсатор можно парой изделий с полюсами с емкостью, вдвое превышающей ту, которая требуется в схеме. Они соединяются друг с другом встречно-последовательно: идентичные (положительные или отрицательные) выводы соединяются между собой, другие два запаиваются в схему.

Схожий принцип имеет строение НЭК с окисями на обеих обкладках. За счет этого такие продукты имеют более крупные габариты, чем полярные изделия с тем же параметром электролитической емкости. Базируясь на этом же механизме, производят НЭК с опцией пуска, заточенные под эксплуатацию в цепях переменного тока.

Что такое тестер конденсаторов

Конденсатор представляет собой радиодеталь, состоящую из двух обкладок, сделанных из проводников и диэлектрического слоя между ними. Электрическая емкость элемента измеряется в фарадах. Эта величина очень большая, поэтому на практике используются микрофарады или пикофарады.

Выполнение измерения емкости

Конденсаторы обычно бывают электролитическими или пленочными. В последних параметры мало меняются с течением времени. У электролитических ситуация другая. Жидкий состав, находящийся внутри, постепенно высыхает, и деталь теряет свои полезные свойства. Часто по внешнему виду нельзя судить по его исправности. Для проверки его нужно выпаивать.

Другая ситуация, когда важно проверить емкость, — это нарушение его работы от различных причин случайного характера — скачков напряжения или работы в условиях повышенной температуры. Неисправный элемент может послужить причиной неисправной работы всего устройства

Чтобы изучить ситуацию, необходимо определить, соответствует ли емкость конденсатора номинальному значению. Для этой цели применяют тестеры конденсаторов.

Они могут быть цифровыми или аналоговыми. Во время проверки может определяться емкость или ESR, параметр, который представляет собой последовательное эквивалентное сопротивление.

Высокоточное измерение

В некоторых мультиметрах имеется возможность непосредственной проверки емкости.

ESR-измерители производят определение эквивалентного последовательного сопротивления. Здесь речь идет о реактивном сопротивлении, которое обусловлено емкостью. Оно может существенно возрастать при увеличении частоты. Этот параметр оценивают с помощью сложных алгоритмов. Если он принимает слишком большую величину, то в некоторых ситуациях может быть нарушен температурный режим работы элемента. Это особенно опасно для электролитических элементов.

Вам это будет интересно Самодельный паяльный фен

Существуют специальные измерители емкости.

Аналоговое устройство

ESR-метр

Такой измерительный прибор оснащен жидкокристаллическим дисплеем. У него имеются 2 щупа: красный и черный. Первый считается положительным, второй — отрицательным. Перед тем, как проверять, элемент разряжают, закорачивая выводы друг на друга. Чтобы провести измерение, щупы соединяют с выводами конденсатора. Если используется полярная модель, необходимо при этом учитывать полярность щупов.

Затем прибор включают и через несколько секунд на экране появляются величины емкости и параметра ESR.

Измеритель емкости

Мультиметр

Для определения исправности конденсатора мультиметр можно перевести в режим определения сопротивления. Переключатель нужно установить на 2 МОм или 200 Ком. Нужно подобрать этот параметр таким образом, чтобы зарядка происходила не сразу, а в течение нескольких секунд.

К его выводам элемента, который нужно выпаять из схемы, подключают красный и черный щупы. Теперь необходимо следить за данными на дисплее. Если там 0, то это означает обрыв контактов или другое механическое повреждение. Если tester показывает увеличивающиеся цифры и в конце концов появляется 1, то это говорит о работоспособности детали. Если сразу появляется единица, то это означает, что в конденсаторе произошел пробой.

При использовании аналогового прибора у исправной детали можно будет увидеть постепенное движение стрелки. Мгновенная установка минимального значения говорит об обрыве, а максимального — свидетельствует о пробое.

В мультиметре предусмотрена возможность непосредственного измерения емкости. Для этого нужно установить переключатель аппарата для ее измерения и выбрать наиболее подходящую шкалу. Обычно для контактов конденсатора предусматриваются особые клеммы. Если их нет, надо воспользоваться красным и черными щупами. В последнем случае необходимо воспользоваться такими же клеммами, как при измерении сопротивления.

Если значение емкости равно или близко к номинальному, то элемент исправен и может быть использован. В противном случае он неработоспособен. Считается, что совпадение с разницей не более 20% говорит о радиотехнической пригодности детали.

Протечка электролита

Расчет емкости

Теперь перейдем к одному очень важному вопросу, как рассчитать емкость гасящего конденсатора? Почему гасящего. Все дело в том, что самые простые понижающие блоки питания являются безтрасформаторными

В них основным элементом и является прибор гасящего типа.

Так вот расчет его емкости можно сделать с помощью формулы:

C=3200 I/√Uc²-U², где

• Uc – это напряжение в сети в вольтах;
• U – это сниженное напряжение для питания прибора.

Расчет емкости гасящего конденсатора можно провести и по упрощенной формуле, если сниженное напряжение не превышает 20 вольт: C=3200 I/√Uc².

Кстати, расчет по этой формуле определяет емкость в микрофарадах.

Многие виды электрических конденсаторов полярности не имеют и поэтому их включение в схему не представляет трудностей. Электролитические накопители заряда составляют особый класс, т.к. имеют положительные и отрицательные выводы, поэтому при их подключении часто возникает задача — как определить полярность конденсатора.

Способы определения полярности конденсатора

По маркировке

У большинства конденсаторов-электролитов  отечественных, а также ряда государств бывшего соцлагеря, обозначается лишь положительный вывод. Соответственно, второй – это минус. Но вот символика может быть разной. Она зависит от страны-изготовителя и года выпуска радиодетали. Последнее объясняется тем, что с течением времени изменяются нормативные документы, вступают в силу новые стандарты.

Все о цветовой маркировке конденсатора вы можете узнать здесь.

Примеры обозначения плюса конденсатора

• Символ «+» на корпусе около одной из ножек. В некоторых сериях она проходит через его центр. Это относится к конденсаторам цилиндрической формы (бочкообразным), с «дном» из пластмассы. Например, К50-16.
• У конденсаторов типа ЭТО полярность иногда не обозначается. Но определить ее визуально можно, если посмотреть на форму детали. Вывод «+» расположен со стороны, имеющий больший диаметр (на рисунке плюс вверху).

Если конденсатор (так называемая коаксиальная конструкция) предназначен для монтажа способом присоединения корпуса к «шасси» прибора (являющимся минусом любой схемы), то центральный контакт – плюс, без всякого сомнения.

Обозначение минуса

Это относится к конденсаторам импортного производства. Рядом с ножкой «–», на корпусе, имеется своеобразный штрих-код, представляющий собой прерывистую полосу или вертикальный ряд из черточек. Как вариант – длинная полоска вдоль осевой линии цилиндра, один конец которой указывает на минус. Она выделяется на общем фоне своим оттенком.

По геометрии

Если у конденсатора одна ножка длиннее другой, то это – плюс. В основном подобным образом также маркируются изделия импортные.

С помощью мультиметра

Такой способ определения полярности конденсатора практикуется, если его маркировка трудночитаема или полностью стерта. Для проверки необходимо собрать схему. Понадобится или мультиметр с внутренним сопротивлением порядка 100 кОм (режим – измерение I=, предел – микроамперы)

или источник постоянного тока + милливольтметр + нагрузка

О том, как проверить конденсатор мультиметром, читайте здесь.

Что сделать

• Полностью разрядить конденсатор. Для этого достаточно его ножки замкнуть накоротко (жалом отвертки, пинцетом).
• Подключить емкость в разрыв цепи.
• После окончания процесса заряда зафиксировать значение тока (он будет постепенно уменьшаться).
• Разрядить.
• Снова включить в схему.
• Считать показания прибора.

Если плюсовой щуп мультиметра был соединен с «+» конденсатора, то разница в показаниях должна быть незначительной. В случае если полярность перепутана (плюс на минус), то отличие результатов измерений будет существенной.

 Рекомендация.  Определение полярности прибором целесообразно делать в любом случае. Это позволит одновременно произвести и диагностику детали. Если электролит, имеющий большой номинал, заряжается сравнительно быстро от источника 9±3 В, то это свидетельство того, что он «подсох». То есть утратил часть своей емкости. Его лучше в схему не ставить, так как ее работа может быть некорректной, и придется заниматься дополнительными настройками.

Как прозвонить мультиметром неполярный конденсатор

Чтобы проверить сопротивление диэлектрика с помощью мультиметра, необходимо перевести устройство в режим омметра. Для изготовления диэлектриков в неполярных моделях могут использоваться различные материалы и формы: стекло, керамика, бумага, воздушная прослойка. В результате этого можно достичь крайне высокого сопротивления, которое в исправных устройствах будет отображаться в виде бесконечной величины на мультиметре. При наличии электрических пробоев, сопротивление будет находится на уровне нескольких десятков Ом.

Для этого достаточно подвести к каждому выводу щуп тестера и посмотреть на дисплее прибора следующее:

1. Если элемент исправен, то на экране отобразится единица, свидетельствующая о том, что сопротивление выше, нежели установленный максимум.
2. Если же высвечивается определенный показатель, который ниже измерительного максимума, то это говорит про неисправность проверяемых устройств.

При этом, не стоит забывать про технику безопасности, чтобы случайно не взяться за щуп устройства и вывод конденсатора, поскольку меньшее сопротивление электрического тока у тела спровоцирует прохождение тока через него.

Перед проверкой конденсатора

Т.к. конденсаторы накапливают электрический заряд, перед проверкой их следует разряжать. Это можно сделать отверткой – жалом нужно прикоснуться к выводам, чтобы образовалась искра. Затем можно прозванивать компонент. Проверку конденсатора можно сделать как мультитестером, так и при помощи лампочек и проводов. Первый способ является более надежным и дает более точные сведения об электронном элементе.

До начала проверки следует осмотреть конденсатор. Если он имеет трещины, нарушение изоляции, подтеки или вздутие, поврежден внутренний электролит и прибор сломан. Его нужно поменять на работающее устройство. При отсутствии внешних повреждений придется использовать мультиметр.

Перед проведением измерений нужно определить вид конденсатора – полярный или неполярный. У первого обязательно должна соблюдаться полярность, иначе прибор выйдет из строя. Во втором случае определение плюсового и минусового выходов не требуется, но измерения будут проводиться по другой технологии.

Определить полярность можно по метке на корпусе. На детали должна быть черная полоса с обозначением нуля. Со стороны этой ножки расположен отрицательный контакт, а с противоположной – положительный.

Практическое применение на автомобиле

Далеко не все домашние мастера будут тестировать элементную базу материнских плат компьютеров. А вот навыки, как проверить конденсатор трамблера, пригодятся любому автолюбителю. Изучим методику на примере классики ВАЗ.

• Для проверки необходимо отсоединить кабель, идущий от трамблера до конденсатора. Он обычно соединен с одним контактом прерывателя. Между контактами закрепляем лампу мощностью 35–50 Вт (разумеется, с напряжением 12 вольт). Если при включении зажигания лампа загорелась, конденсатор неисправен, то есть «пробит» (это самая характерная поломка). Если «контролька» не светится — конденсатор исправен.
• Второй способ можно применять в крайнем случае, если у вас не нашлось лишней лампы. После включения зажигания, необходимо быстро и вскользь коснуться контактами друг к другу. Если ничего не происходит — конденсатор в порядке. При наличии искрения — радиоэлемент «пробит».

Для того, чтобы проверить твердотельные либо электролитические конденсаторы, не обязательно иметь образование радиоинженера. Руководствуясь нашими советами, вы сможете точно определить исправность радиодеталей, и сэкономить средства на покупку новых элементов. Учитывая высокую стоимость именно таких конденсаторов, снижение затрат на ремонт будет ощутимым.

В чем отличие полярного и неполярного конденсатора

Основное отличие между этими двумя типами заключается в структуре диэлектрика, точнее, в его границе с обкладкой. Для наглядности предлагаем рассмотреть рисунок 1, где изображен неполярный керамический конденсатор.

Рисунок 1. Устройство керамической емкости в SMD корпусе

Обозначение элементов конструкции:

• А – контактные электроды;
• В – покрытие;
• С – диэлектрик;
• D – внутренние электроды.

Как видно из рисунка, граница между диэлектриком и обкладкой однородная, соответственно, и взаимодействие между ними одинаковое. Поэтому данный тип элементов не требует соблюдения полярности при монтаже.

Что касается электролитических (полярных) емкостей, то в них структура перехода между обкладкой и диэлектриком отличается для каждой из сторон последнего (катода и анода). Причем различия выражаются как в физических свойствах, так и химическом составе. Для примера рассмотрим, как устроены танталовые электролитические емкости.

Устройство танталового конденсатора полярного типа

Обозначения:

• А – метка, маркирующая анодный контакт;
• В – контактная пластина анода;
• С – внутренний анод на основе гранулированного тантала, в качестве диэлектрика выступает оксид этого химического элемента (Та2О5), формирующийся в процессе работы;
• D – электролит из диоксида марганца (MnO2);
• Е – внутренний катод (смесь серебра и графита);
• F – адгезив на основе серебра, соединяющий внутренний катод с контактной пластиной;
• G – контактная пластина катода;
• H – компаундное покрытие.

Похожие записи:

Как выставить зажигание с помощью стробоскопа? Сигнализация действия защиты и автоматики Подключение потолочного светильника со светодиодами Маркировка smd компонентов: кодовые обозначения Как сделать веб-приложение для вашего собственного bluetooth low energy девайса? Как подключить усилитель в машине