Конденсатор
Конденсатор имеет следующее схематическое изображение
Рассмотрим водопроводную модель конденсатора. Ранее мы говорили о том, что ток может течь только в трубе, соединенной в кольцо в замкнутой цепи. Но можно представить пустую емкость, в которую можно заливать воду, пока емкость не заполнится. Это и есть конденсатор — емкость, в которую можно заливать заряд.
Если характеристикой резистора является сопротивление, то электрической характеристикой конденсатора является емкость.
Емкость говорит, сколько заряда можно в конденсатор закачать, чтобы напряжение там поднялось до величины U. Можно сказать, что емкость характеризует диаметр трубы. Чем ýже труба, тем быстрее поднимается уровень воды при закачке и растет давление на дне трубы. Давление же зависит только от высоты водяного столба, а не от массы закачанной воды.
В электрических терминах, чем меньше емкость конденсатора, тем быстрее растет напряжение при закачке туда заряда.
Рассмотрим теперь электрические цепи с конденсатором.
Пусть конденсатор подключен к генератору напряжения.
рис 9. Подключение конденсатора к генератору напряжения.
«Главный инженер повернул рубильник» S1 и.. тыдыщ. Что произошло?
Идеальный генератор напряжения имеет бесконечную мощность и может выдавать бесконечный ток. Когда замкнули рубильник в нашу емкость хлынуло бесконечное количество заряда в секунду и она мгновенно заполнилась и напряжение на ней выросло до U.
Теперь рассмотрим более реальную цепь.
Это Вторая Главная Цепь в жизни инженера-электронщика (после делителя напряжения) —
RC–цепочка.
RC–цепочка
RC–цепочка интегрирующего типа
Что произойдет в этой схеме, если замкнуть выключатель S1?
Конденсатор С исходно разряжен и напряжение на нем рано 0. Поэтому ток в первый момент будет равен I=U/R. Затем конденсатор начнет заряжаться, напряжение на нем увеличивается, и ток через резистор начнет уменьшаться. I=(U-Uc)/R. Этот процесс будет продолжаться, конденсатор будет заряжаться уменьшающимся током до напряжения источника U. Напряжение на конденсаторе при этом будет расти по экспоненте.
рис 11. График роста напряжения на конденсаторе при подаче напряжения величиной U (ступеньки).
Вопрос: А если запитать такую цепочку от генератора тока, как будет расти напряжение на конденсаторе?
Как выше было отмечено, ток в первый момент после подачи напряжение будет равен I=U/R, так как конденсатор разряжен, и напряжение на нем равно 0. И какое-то время, пока напряжение на конденсаторе Uc мало по сравнению с U, ток будет оставаться почти постоянным. А при заряде конденсатора постоянным током напряжение на нем растет линейно.
Uc=Q/C, а мы помним, что ток это количество заряда в секунду, то есть скорость протекания заряда. Другими словами, заряд это интеграл от тока.
Q = ∫ I * dt =∫ U/R * dt
Uc=1/RC * ∫ U * dt
Но все это близко к истине в начальный момент, пока напряжение на конденсаторе малó.
На самом деле все сводится к тому, что конденсатор заряжается постоянным током.
А постоянный ток выдает генератор тока. (См. вопрос выше)
Если источник напряжения выдает бесконечно большое напряжение и сопротивление R также имеет бесконечно большую величину, то по факту мы имеем уже идеальный генератор тока, и внешние цепи на величину этого тока влияния не оказывают.
RC–цепочка дифференцирующего типа
Ну тут все то же самое, что в интегрирующей цепочке, только наоборот.
рис 12. Дифференцирующая цепочка.
Более подробно свойства RC цепей хорошо освещены в интернете.
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов
Так же как резисторы, конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно.
Зачем нужны резисторы и конденсаторы в схемах?
Интересует вопрос: Зачем нужны резисторы, понятное дело этот компонент уменьшает ток в цепи, по крайней мере нам так объясняли в колледже. Хочется войти в сферу электроники, но пугает то, что какие-нибудь компоненты могут сгореть, если неправильно подключить. Тоесть, если сформулировать вопрос по другому, как можно рассчитать резисторы правильно? В каких компонентах они обязательно нужны?
Также, зачем нужны конденсаторы, их в схемах тоже много. Они собирают заряд при подключений к источнику питания, и если в цепи скачет напряжение, конденсатор компенсирует и подавляет этот скачек?
Петя, 17 лет) Может быть где-то не понятно, поскольку я сам много-го не понимаю, помогите пожалуйста)
Простой 3 комментария
Без обид, но может вам с чего-то вроде этого начать?
Начни с того, чтобы что-то сделать (какой-то прибор, я начинал с драйвера для 1W лазера) и копай эту тему, пока будешь копать научишься начальному уровню, ведь без него ничего не сможешь сделать
И еще будь готов тратить деньги, для начала на паяльник с феном и хотя бы какой-то ЛБП, и можно простенький осцил, это уже около 15к
Для платы (проекта) требуется минимум 1к на реализацию прототипа, но обычно дороже (2-3)
Если готов тратится то я могу немного поучить тебя (а то скучно мне)
Зачем нужны резисторы, понятное дело этот компонент уменьшает ток в цепи, по крайней мере нам так объясняли в колледже. Хочется войти в сферу электроники, но пугает то, что какие-нибудь компоненты могут сгореть, если неправильно подключить. Тоесть, если сформулировать вопрос по другому, как можно рассчитать резисторы правильно? В каких компонентах они обязательно нужны?
Вопрос, конечно очень обширный у Вас.) Как Вы правильно заметили, резисторы нужны чтобы уменьшить силу тока в какой-то цепи. Еще они нужны например чтобы уменьшить напряжение на каком-то участке цепи. по поводу расчетов, то загуглите такую тему как закон Ома, он в принципе и закрывает вопрос расчетов резисторов в цепи.
Также, зачем нужны конденсаторы, их в схемах тоже много. Они собирают заряд при подключений к источнику питания, и если в цепи скачет напряжение, конденсатор компенсирует и подавляет этот скачек?
Тоже верно. Да Вы почти все уже и так знаете.)
Вообще, если Вас так тянет к электронике, то приготовьтесь много читать и не бойтесь что-нибудь спалить. Я вообще не доверяю электроникам, которые говорят, что в своей ничего не палили и не могут распознать сразу запах взорвавшегося танталового конденсатора.))
3 Кондентсатор это две обкладки и деэлектрик. Накапливает заряд. Пропускает через себя переменный ток.
Делаеш простейшую программку для арды, чтоб мерять через a0 (например) напряжение. Выводиш на монитор порта или куда нибудь еще (осцилограф например через ворд).
7. Можно добавить MOSFET и если ток больше чем можно или напряжение меньше чем безопасно для батареи отключать светодиод. Иди припаять паралельно светодиоду (с резистором) конденсатор (10мкф) и подсоединить его через резистор на 1 ком (ну хотябы 100ом) к д0 а другим концом к земле или (+). Мерять ток и как только он больше чем можно отключать (преводить в 0 или 1). Тоесть регулировать яркость. Или не дать сгореть (например лазер). Можно поддерживать ардой напряжение на конденсаторе (меряя на нем) и светить светодиодом.
По доп вопросам пиши на мыло. Уж очень глюкавый этот сайт, трудно мне на нем чтото писать и читать.
Параллельное соединение резистора и конденсатора
Для чего предназначены резисторы и конденсаторы
Резисторы – одни из наиболее распространённых элементов в электронике. Их главное назначение – сопротивление течению тока и преобразовывать его в тепло. Главной характеристикой данных элементов является значение R.
Чем больше величина R, тем большая часть электроэнергии сможет рассеется в тепло. В схемах, которые питаются небольшим напряжением от 5 до 12 В, чаще всего используют резисторы имеющие величину R от 100 Ом до 100 кОм.
Конденсаторы – устройства, главная задача которых накапливать электрические заряды. Стоит отметить, что эту же функцию выполняет и аккумулятор, но в отличие от батареи конденсатор сразу же отдаёт весь накопившийся заряд. Величина, которую способно накопить устройство, называют «ёмкость».
Когда подсоединяется цепь к источнику электроэнергии: через конденсатор течет электрический ток. Сила тока в начале прохождения через устройство имеет наивысшее значение, в это же время напряжение станет низким.
После того, как устройство начнет накопление заряда, сила тока упадёт до нуля, а напряжение наоборот станет увеличиваться.
Особенности соединения резистора и конденсатора в цепи
Существует два типа соединения резисторов и конденсаторов: параллельное и последовательное.
Параллельное соединение резистора и конденсатора
Для того, чтобы осуществить параллельное соединение резистора и конденсатора, необходимо объединить все элементы цепи двумя узлами. Они не должны иметь связи с другими элементами.
При таком соединении, величина напряжения между обоими узлами станет падать, и оно станет равным для каждого элемента. А величина, которая обратна общему R, будет равняться сумме величин, которые обратны R всех проводников.
Когда осуществляется параллельное соединение резисторов, проводимость всех резисторов станет равняться проводимости цепи.
Если резистор соединить к заряженному конденсатору то вполне возможно короткое замыкание.
Последовательное соединение
Последовательное соединение – связка элементов между собой так, чтобы начальный участок цепи не имел ни одного узла. При таком соединении величина тока на проводниках станет равна между собой.
Когда осуществляется последовательное соединение всех элементов, то их общая ёмкость имеет формулу 1/Собщ = 1/С1 + 1/С2 + … + 1/Сn.
Как рассчитать импеданс в цепи
Импеданс – полное R тока, который обозначается Z. Этот параметр – отражение меняющегося во времени значения тока. Импеданс — векторная величина, которая состоит из двух значений: активное и реактивное сопротивление.
Активная часть импеданса, которая обозначается R – это мера степени, с которой материал будет противостоять движению электронов между атомными частицами. Чем легче атомные частицы освобождают или принимают электроны, тем ниже и сопротивление.
К материалам с минимальным сопротивлением можно отнести сталь, алюминий, золото. Самое большое значение R имеют стекло, слюда, полиэтилен и чаще всего их называют изоляторы или диэлектрики.
Стоит отметить! Активное R, имеет одно и тоже значение, как при последовательном, так и при параллельном соединении.
Если использовать резисторы в цепях синусоидального тока, то термин «импеданс» будет использоваться для обозначения сопротивления R=Z.
Практические расчеты импеданса чаще всего выполняются по следующей формуле:
Реактивное сопротивление обозначается X и является выражением степени, с которой электронный компонент схемы станет хранить или высвобождать электроэнергию, в то время, когда сила тока и значение напряжения станет колебаться при каждом цикле. Реактивное сопротивление выражается в числе Ом.
Энергия будет храниться и выделяться в двух типах:
Как рассчитать время разряда и заряда конденсатора через резистор
Чтобы осуществить заряд устройства, нужно включить устройство в цепь и присоединить к зажимам генератора. Как вы уже знаете, генератор имеет внутреннее сопротивление.
Если резистор подключить к заряженному конденсатору то ключ будет замкнут и конденсатор начнёт зарядку до напряжения между обкладками, которая станет равна э.д.с генератора и равна Uc=E. При этом, обкладка которая соединена с положительным зажимом, получит положительный заряд, вторая же получит отрицательный заряд.
Чтобы обе обкладки устройства полностью зарядились, нужно, чтобы одни из них приобрела определенное количество электронов, а вторая столько же потеряла.
Зарядный ток в цепи будет протекать сотые доли секунды, пока величина напряжения на устройстве достигнет такой же уровня, что и на генераторе. В то время, пока конденсатор будет заряжаться, по всей цепи будет проходить зарядный ток. Вначале он будет иметь максимальную величину, т.к. величина напряжения станет равна 0.
По мере того как конденсатор станет заряжаться, величина R на нём будет падать.
Время процесса зарядки будет зависеть от следующих величин:
Для того, чтобы разрядить устройство нужно отключить его от генератора переменного тока и присоединить к его обкладкам сопротивление. Дело в том, что на обкладках уже есть разность потенциалов, поэтому в цепи потечет ток.
Он будет проходить от одной обкладки через сопротивление к другой. Процесс разряда будет проходить до тех пор, пока обе обкладки не станут равны, т.е. пока напряжение между ними станет равно 0.
В самом начале, напряжение будет максимальным, сила тока – наибольшая. Как только начнется разрядка, напряжение и сила тока будут уменьшаться.
Продолжительность разряда устройства имеет зависимость от:
Чем значение сопротивления выше, тем дольше будет происходить разряд конденсатора. Это можно объяснить тем, что при максимальном сопротивлении, сила тока небольшая, а величина заряда станет медленно уменьшаться.
Важно! Заряженный конденсатор не станет пропускать постоянный ток, потому что диэлектрик между его положительной и отрицательной обкладками будет размыкать цепь.
Для того, чтобы рассчитать время заряда и разряда на устройстве, лучше всего воспользоваться онлайн калькулятором.
Электроника для всех
Блог о электронике
Основы на пальцах. Часть 2
 |
| Применение резистора |
 |
| Применение конденсатора |
Он же емкость — еще один вид пассивных элементов. На схеме обозначен как две одинаковые параллельные черточки. В отличии от резистора, конденсатор это нелинейный элемент. По нашей канализационной аналогии его можно сравнить с резиновым баком. Вначале, когда он пуст, вода резко его заполняет, растягивая стенки. Постепенно, когда стенки растянутся до предела, его сопротивление возрастет настолько, что поток воды остановится. А если убрать внешнее давление, то хлынет обратно.
Так же и электрический конденсатор, когда он не заряжен, то его сопротивление можно принять нулю, а вот когда зарядится, то бесконечностью, обрывом. Ток через него идет только лишь в момент заряда или разряда. После отсоединения источника тока конденсатор сам начинает действовать как источник, пока не разрядится.
Конденсаторы в электронике в основном используют как фильтрующие элементы, удаляющие помехи. Здоровенные конденсаторы на силовых цепях в блоках питания служат для подпитки системы при пиковых нагрузках, сглаживая просадки напряжения. Основан этот эффект на том, что конденсатор не пропускает постоянный ток, вот переменная составляющая через него проходит на ура. Сопротивление конденсатора переменной составляющей тока зависит от частоты этой составляющей. Чем выше частота, тем меньше сопротивление конденсатора. В итоге, все высокочастотные помехи, идущие поверх постоянного напряжения, глушатся через конденсатор на землю, оставляя после себя чисто постоянное напряжение. Сопротивление конденсатора переменной составляющей также зависит и от емкости кондера, поэтому ставя конденсаторы с разной емкостью можно отсеять разные частоты.
 |
| Пример использования индуктивности |
В народе катушка, грубо говоря, это кусок проволоки намотанный на каркас. В эту группу входят и дроссели и разного рода фильтры, а также некоторые антенны. Также индуктивностью обладает всё, что имеет обмотку, несмотря на то, что это не главное свойство, например двигатели или электромагниты. А значит это надо будет учитывать при проектировании цепей. Увязать индуктивность в нашу канализационную теорию было нелегко, но немного пораскинув мозгами мы таки придумали. В гидро модели катушка похожа на турбину с неслабой инерцией, где величина инерция является прообразом индуктивности. На стабильно текущий поток турбина, будучи раскрученной этим же потоком, не влияет никак, но стоит потоку ослабнуть, как турбина начнет за счет своей инерции подталкивать его. И наоборот, если турбина остановлена, то при появлении потока она будет его тормозить, пока не раскрутится. Чем больше инерция, тем сильней будет сопротивление изменению потоку.
Так и катушка индуктивности препятствует изменению тока, протекающего через неё.
Основное применение катушки в колебательных контурах генераторов и в фильтрах. Т.к. катушка имеет отличное свойство пропускать через себя постоянную составляющую и подавлять переменную. В паре с конденсатором они образуют отличный Г или П образный фильтр.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
171 thoughts on “Основы на пальцах. Часть 2”
Тебе в школах преподавать надо… Даже мой дедушка не умел так понятно объяснять.
Что такое конденсатор и для чего он нужен в схемах
Общая концепция
Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок и диэлектрика между ними. И все, больше ничего. С виду простая радиодеталь, но работает на высоких и низких частотах по-разному. 
Обозначается на схеме двумя параллельными линиями. 
Принцип работы
Эта радиодеталь хорошо демонстрирует явление электростатической индукции. Разберем на примере.
Если подключить к конденсатору постоянный источник тока, то в начальный момент времени ток начнет скапливаться на обкладках конденсатора. Это происходит за счет электростатической индукции. Сопротивление практически равно нулю.
Электрическое поле за счет электростатической индукции притягивает разноименные заряды на две противоположные обкладки. Это свойство материи называется емкостью. Емкость есть у всех материалов. И даже у диэлектриков, но у проводников она значительно больше. Поэтому обкладки конденсатора выполнены из проводника.
Чем больше емкость — тем больше может накопиться зарядов на обкладках конденсатора, т.е. электрического тока.
Основное свойство конденсатора — это емкость. Она зависит от площади пластин, расстояния между ними и материала диэлектрика, которым заполняют пространство между обкладками.
По мере накопления зарядов, поле начинает ослабевать, а сопротивление нарастает. Почему так происходит? Места на обкладках все меньше, одноименные заряды на них действуют друг на друга, а напряжение на конденсаторе становится равным источнику тока. Такое сопротивление называется реактивным, или емкостным. Оно зависит от частоты тока, емкости радиодеталей и проводов.
Когда на обкладках не останется места для электрического тока, то и ток в цепи прекратится. Электростатическая индукция пропадает. Теперь остается электрическое поле, которое держит заряды на своих обкладках и не отпускает их. А электрическому току некуда деваться. Напряжение на конденсаторе станет равным ЭДС (напряжению) источнику тока.
А что будет, если повысить ЭДС (напряжение) источника тока? Электрическое поле начнет все сильнее давить на диэлектрик, поскольку места на обкладках уже нет. Но если напряжение на конденсаторе превысит допустимые знания, то диэлектрик пробьет. И конденсатор станет проводником, заряды освободятся, и ток пойдет по цепи. Как тогда использовать конденсатор для высоких напряжений? Можно увеличить размер диэлектрика и расстояние между обкладками, но при этом уменьшается емкость детали.
Между обкладками находится диэлектрик, который препятствует прохождению постоянного тока. Это именно барьер для постоянного тока. Потому, что постоянный ток создает и постоянное напряжение. А постоянное напряжение может создавать электростатическую индукцию только при замыкании цепи, то есть, когда конденсатор заряжается.
Так конденсатор может сохранять энергию до тех пор, пока к нему не подключится потребитель.
Конденсатор и цепь постоянного тока
Добавим в схему лампочку. Она загорится только во время зарядки. 
Еще одна важная особенность — когда происходит процесс зарядки током, то напряжение отстает от тока. Напряжение как бы догоняет ток, поскольку сопротивление нарастает плавно, по мере зарядки. Электрические зарядам нужно время, чтобы переместиться к обкладкам конденсатора. Так называется время зарядки. Оно зависит от емкости, частоты и напряжения.
По мере зарядки, лампочка начинает тусклее светиться.
Лампочка затухает при полной зарядке.
Постоянный электрический ток не проходит через конденсатор только после его зарядки.
Цепь с переменным током
А что если поменять полярность на источнике тока? Тогда конденсатор начнет разряжаться, и снова заряжаться, поскольку меняется полярность источника.
Электростатическая индукция возникает постоянно, если электрический ток переменный. Каждый раз, когда ток начинает менять свое направление, начинается процесс зарядки и разрядки.
Поэтому, конденсатор пропускает переменный электрический ток.
Чем выше частота — тем меньше реактивное (емкостное) сопротивление конденсатора.
Назначение и функции конденсаторов
Конденсатор играет огромную роль как в аналоговой, так и цифровой технике. Они бывают электролитическими и керамическими, и отличаются своими свойствами, но не общей концепцией. Примеры использования:
Примеры использования
В усилителях обычно используются для защиты сабвуферов, фильтрации питания, термостабилизации и разделение постоянной составляющей от переменной. А электролитические в автономных схемах с микроконтроллерами могут долго обеспечивать питание за счет большой емкости. 
В данной схеме транзистор VT1 постоянно открыт, чтобы усиливать звук без искажений. Но если вход замнется или на него поступи постоянный ток, то транзистор откроется, перейдет в насыщение и перегреется. Чтобы этого не допустить, нужен конденсатор. С1 позволяет отделить постоянную оставляющую от переменной. Переменный сигнал легко проходит на базу транзистора, а постоянный сигнал не проходит. 
С2 совместно с резистором R3 выполняет функцию термостабилизации. Когда усилитель работает, транзистор нагревается. Это может внести искажения в сигнал. Поэтому, резистор R3 помогает удержать рабочую точку при нагреве. Но когда транзистор холодный и стабилизации не требуется резистор может уменьшить мощность усилителя. Поэтому, в дело вступает С2. Он проводит через себя усиленный сигнал шунтируя резистор, тем самым, не снижая номинальную мощность схемы. Если его емкость будет ниже расчетной, он начнет вносить фазовые искажения в выходной сигнал. 
Чтобы схема качественно работала, обязательно хорошее питание. Когда схема в пиковые значения потребляет больше тока, то это всегда сильная нагрузка на источник питания. С3 фильтрует помехи по питанию и помогает снизить нагрузку. Чем больше емкость — тем лучше звук, но до определенных значений, все зависит от схемы. 
А в блоках питания используется тот же принцип, как и в предыдущей схеме по питанию, но здесь емкость нужна гораздо больше. На этой схеме емкость элеткролита может быть как 1000 мкФ, так и 10 000 мкФ.
Еще на диодный мост можно параллельно включить керамические конденсаторы, которые будут шунтировать схему от высокочастотных наводок и шума сети 220 В.
Фазовые искажения
Конденсатор может искажать переменный сигнал по фазе. Это происходит из-за неверного расчета емкости, общего сопротивления и взаимодействия с другими радиодеталями. Не стоит забывать и о том, что любая радиодеталь имеет как реактивное, так и активное сопротивление.