Что это такое?
Конденсатор — это пассивный электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда и энергии электрического поля . Простейший конденсатор состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделенных слоем диэлектрика — изолирующего материала . При подключении к источнику напряжения на обкладках накапливаются равные по величине и противоположные по знаку заряды, которые удерживаются благодаря взаимному притяжению и наличию диэлектрика . Способность конденсатора накапливать заряд называется электрической емкостью и измеряется в фарадах (Ф) . На практике используют более мелкие единицы: микрофарады (мкФ = 10⁻⁶ Ф), нанофарады (нФ = 10⁻⁹ Ф) и пикофарады (пФ = 10⁻¹² Ф) .
Из чего делают и как устроены?
Классификация конденсаторов определяется в первую очередь типом используемого диэлектрика, который задает основные характеристики компонента . Керамические конденсаторы изготавливаются из керамических дисков или многослойных структур, металлизированных с обеих сторон; они компактны и имеют малые потери на высоких частотах . Электролитические конденсаторы (алюминиевые и танталовые) используют тонкий слой оксида металла в качестве диэлектрика и жидкий или твердый электролит в качестве второй обкладки; они обладают высокой удельной емкостью, но являются полярными (требуют соблюдения полярности подключения) и имеют ограниченный частотный диапазон . Пленочные конденсаторы (полипропиленовые, полиэстеровые) используют полимерную пленку в качестве диэлектрика; они способны работать при высоких напряжениях (до 1000 В и выше), отличаются стабильностью параметров и низкой индуктивностью, что делает их пригодными для высокочастотных схем . Бумажные и металлобумажные конденсаторы имеют диэлектрик из конденсаторной бумаги; они используются в цепях с постоянным и слабо пульсирующим напряжением . Конструктивно конденсаторы могут быть рулонными (сворачивание лент обкладок и диэлектрика), пакетными (чередование слоев) или в виде спеченного пористого тела (для танталовых) .
Зачем и где это применяют?
Конденсаторы выполняют множество функций в электротехнике и радиоэлектронике, являясь одними из самых массовых компонентов . Основные области применения :
- Фильтрация и сглаживание — в блоках питания электролитические конденсаторы сглаживают пульсации выпрямленного напряжения, а керамические конденсаторы малой емкости фильтруют высокочастотные помехи (bypass capacitors) непосредственно у микросхем .
- Разделение сигналов — конденсаторы пропускают переменную составляющую сигнала, блокируя постоянную, что используется в межкаскадных связях усилителей, например, при подключении микрофона .
- Накопление энергии — конденсаторы способны быстро отдавать накопленный заряд, что используется в фотовспышках, лазерах, электромагнитах и дефибрилляторах .
- Запуск электродвигателей — фазосдвигающие конденсаторы обеспечивают пуск однофазных асинхронных двигателей в насосах, компрессорах, вентиляторах, стиральных машинах .
- Коррекция коэффициента мощности — мощные конденсаторные установки компенсируют реактивную энергию в промышленных сетях .
- Измерения и датчики — изменение емкости датчика под действием перемещения, уровня жидкости или влажности преобразуется в электрический сигнал .
- Резонансные цепи — в колебательных контурах радиопередатчиков и приемников конденсаторы образуют пару с катушками индуктивности для настройки на определенную частоту .
Интересный факт:
Первое устройство для хранения электрического заряда — лейденская банка — было изобретено независимо Эвальдом фон Клейстом в 1745 году и Питером ван Мюсшенбруком в 1746 году . Она представляла собой стеклянную банку, оклеенную изнутри и снаружи металлической фольгой. С помощью лейденской банки Бенджамин Франклин проводил знаменитые опыты с молнией, а сам термин «конденсатор» (от лат. condensare — «уплотнять») ввел в 1780 году Алессандро Вольта, но в обиход он вошел только в 1920-х годах . Сегодня конденсаторы выпускаются в огромном диапазоне размеров — от микроскопических чипов, встроенных в интегральные схемы, до гигантских конденсаторных установок весом в тонны и высотой более двух метров, используемых в промышленной энергетике .
