Конденсаторы стали проще с помощью Hackaday Way

Dec 23, 2023

Если вы регулярно строите электронные схемы, скорее всего, вам придется использовать конденсаторы много раз. Они являются стандартным компонентом наряду с резистором, значения которого снимаются с полки, не задумываясь. Мы используем их для сглаживания и развязки источников питания, блокировки постоянного тока, схем синхронизации и многих других приложений.

Лучше всего начать с основ и описать емкость с первых принципов, прежде чем переходить к реальным конденсаторам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных непроводящим диэлектриком. Заряд может накапливаться на пластинах, но не может течь между ними из-за изолирующей природы диэлектрика. Таким образом, конденсатор может хранить заряд.

Емкость измеряется в фарадах: конденсатор емкостью один фарад поддерживает напряжение в один вольт, когда он удерживает заряд в один кулон. Фарад похож на многие единицы СИ, но имеет довольно непрактичный размер, поэтому за пределами узкой области суперконденсаторов, которые выходят за рамки этой статьи, вы с большей вероятностью столкнетесь с микро-, нано- или пикофарадами. Вы можете определить емкость любого конденсатора, исходя из его размеров и свойств его диэлектрика, используя формулу, за которой, возможно, стоит отправить вас в Википедию, если вам интересно. Вам не нужно запоминать его, если вы не готовитесь к экзамену по физике в средней школе, но он таит в себе один важный момент, который следует усвоить. Емкость пропорциональна диэлектрической постоянной εr используемого диэлектрика, что привело к появлению широкого спектра коммерчески доступных конденсаторов, в которых используются различные диэлектрические материалы для достижения более высоких диапазонов емкости или лучших характеристик выдерживания напряжения.

Использование диэлектрических материалов в конденсаторе имеет свои недостатки, но помимо желательных характеристик диэлектрика имеет и множество неприятных побочных эффектов. Все реальные конденсаторы имеют внутреннее паразитное сопротивление и индуктивность, и, хотя они и небольшие, иногда они могут влиять на работу конденсатора. Диэлектрическая проницаемость может меняться в зависимости от температуры или напряжения, пьезоэлектричества или шума. Различные типы конденсаторов могут иметь тревожные режимы отказа или даже быть просто невероятно дорогими. Итак, мы подошли к основной части этой статьи, разделу, в котором мы познакомим вас с некоторыми типами конденсаторов, с которыми вы можете столкнуться, и изложим их различные свойства, как хорошие, так и плохие. Мы не будем претендовать на то, чтобы охватить все возможные технологии конденсаторов, однако мы рассмотрим распространенные технологии конденсаторов и рассмотрим любые подтипы, которые вы можете найти.

Практические электролитические конденсаторы имеют пластины в виде сэндвича из алюминиевой фольги, свернутого в цилиндр и помещенного в алюминиевую банку. У них будет указанное рабочее напряжение, которое зависит от глубины анодированного слоя.

Электролитические конденсаторы имеют самую высокую емкость из всех типов, с которыми вы можете столкнуться при обычном использовании: от 0,1 до многих тысяч мкФ. Из-за плотно намотанного электрохимического элемента они имеют высокую эквивалентную последовательную индуктивность, поэтому они не подходят для использования на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания и развязки источника питания, а также для связи на звуковых частотах.

Танталовые конденсаторы доступны с номиналами от 0,1 до нескольких сотен мкФ. Они имеют гораздо более низкое сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление, чем их алюминиевые аналоги, поэтому вы найдете их в тестировании и измерениях, высококачественном аудио и в других приложениях, где эти свойства являются предпочтительными.

У танталовых конденсаторов есть режим отказа, на который следует обратить внимание: они имеют репутацию склонных к возгоранию. Аморфный оксид тантала является хорошим диэлектриком, а кристаллическая форма оксида тантала — хорошим проводником. Неправильное обращение с танталовым конденсатором, например, применение к нему слишком большого пускового тока, может привести к изменению диэлектрика из одной формы в другую, что приведет к значительному увеличению тока через конденсатор. К счастью, не все новости плохие: их репутация в отношении возгорания возникла благодаря гораздо более раннему поколению танталовых конденсаторов, а усовершенствованные технологии производства позволили создать гораздо более надежный продукт.