Как устроен конденсатор и от чего зависит его ёмкость?

Конструкция, свойства, формулы и основные параметры конденсаторов.
Калькулятор расчёта плоских (из двух пластин) и цилиндрических конденсаторов

Конденсатор – это пассивный электронный компонент, способный накапливать заряд и энергию электрического поля, а затем передавать её связанным с ним компонентам цепи. Сходную функцию выполняет и аккумуляторная батарея, однако, в отличие от аккумулятора, весь заряд конденсатор "умеет" накапливать и отдавать практически моментально.

Способность конденсатора накапливать определённое количество заряда определяет его ёмкость, которая в системе СИ измеряется в фарадах и численно равна отношению накопленного заряда к разности потенциалов между обкладками: Ёмкость конденсатора через заряд и напряжение .

Простейший конденсатор, состоящий из 2 обкладок Одной из простейших разновидностей конденсатора является конструкция, состоящая из двух электродов в форме пластин (обкладок), разделённых слоем диэлектрика.
В формуле, приведённой на рисунке: S – это площадь обкладок, d – расстояние между ними, εr – диэлектрическая проница- емость используемого диэлектрика, ε0 = 8,854*10-12 (Ф/м) – электрическая постоянная.

Рис.1 Простейший конденсатор из 2 пластин

Простейший цилиндрический конденсатор Помимо плоских обкладок, простейший конденсатор может иметь и цилиндрическую форму. Такой конденсатор состоит из двух полых цилиндров, вставленных друг в друга и разделённых слоем диэлектрика.
В формуле: R1 – это радиус внутреннего цилиндра, R2 – радиус внешнего цилиндра, l – длина цилиндров. Точно так же как и в предыдущем случае, εr – это диэлектрическая проницаемость используемого диэлектрика, а ε0 = 8,854*10-12 (Ф/м) – элек- трическая постоянная.

Рис.2 Простейший цилиндрический конденсатор

Снабдим обе приведённые выше формулы незамысловатыми онлайн калькуляторами, но прежде сведём в таблицу значения диэлектрической проницаемости некоторых материалов, которые могут пригодиться при изготовлении таких простейших самодельных конденсаторов.

Относительные диэлектрические проницаемости веществ.

  Вещество    εr     Вещество    εr     Вещество    εr   
  Вакуум   1   Воздух   1,0006   Бумага   3...7
  Парафин   2   Слюда   6   Стекло   4...10
  Текстолит   5...7   Гетинакс   5...6   Каучук   2,4
  Оргстекло   3,4...3,5   Полистирол   2,4...2,6   Полихлорвинил   3
  Полиэтилен   2,3...2,4   Эбонит   2,5...3   Масло трансф.   2,2


А теперь можно переходить к калькулятору:

Расчёт ёмкостей конденсаторов, состоящих из двух пластин или цилиндров

Простейший конденсатор из 2 обкладок
   Площадь обкладок, S (мм2)         
   Расстояние между обкладками, d (мм)        
   Проницаемость диэлектрика, εr         
  
   Ёмкость (пФ)         

Простейший цилиндрический конденсатор
   Диаметр внутр. цилиндра, d1 (мм)         
   Диаметр внешн. цилиндра, d2 (мм)         
   Длина цилиндра, l (мм)        
   Проницаемость диэлектрика, εr         
  
   Ёмкость (пФ)         


В промышленном производстве для увеличения ёмкости конденсаторов в основном используется несколько слоёв диэлектрика и электродов, причём это может быть как плоский набор чередующихся прослоек, так и ленты из сменяющихся диэлектриков и электродов, свёрнутые в цилиндр (Рис.1).

Конденсатор – обозначение на схеме и возможные конструкции

Рис.3 Возможные варианты конструкции конденсаторов

Как и любой электронный компонент, конденсатор далеко не идеален и проявляется это в том, что реальные элементы, помимо ёмкости, обладают ещё и собственной паразитной индуктивностью, а также не менее паразитными последовательным и параллельным сопротивлениями. Эквивалентная схема реального конденсатора приведена на Рис.4

Эквивалентная схема реального конденсатора Здесь: C – собственная ёмкость конденсатора;
Risol – сопротивление изоляции конденсатора;
Resr – эквивалентное последовательное сопротивле- ние;
Lesl – эквивалентная последовательная индуктив- ность.

Рис.4 Эквивалентная схема реального конденсатора

Все эти дополнительные элементы, изображённые на схеме, определяют важные характеристики конденсаторов, а конкретно:
Risol – ток утечки и время саморазряда, Resr – тангенс угла диэлектрических потерь и добротность,
Lesl – частоту собственного резонанса конденсатора.

Также к важным параметрам конденсатора следует отнести и температурный коэффициент ёмкости – Формула ТКЕ конденсатора , который характеризует относительное изменение ёмкости при изменении температу-

ры окружающей среды на один градус Цельсия.




 

Главная страница | Наши разработки | Полезные схемы | Это нужно знать | Вопросы-ответы | Весёлый перекур
© 2017 Vpayaem.ru   All Rights Reserved