Конденсаторы: электролитические и керамические, ёмкость и заряд
Конденсатор (capacitor, cap) — это маленький «аккумулятор», который быстро заряжается при наличии напряжения вокруг него и быстро разряжается обратно, когда напряжения недостаточно для удержания заряда.
Основной характеристикой конденсатора является ёмкость. Она обозначается символом C, единица её измерения — Фарад. Чем больше ёмкость, тем больший заряд может удерживать конденсатор при заданном напряжении. Также чем больше ёмкость, тем меньше скорость зарядки и разрядки.
Типичные значения, применяемые в микроэлектронике: от десятков пикофарад (pF, пФ = 0,000000000001 Ф) до десятков микрофарад (μF, мкФ = 0,000001 Ф). Самые распространённые типы конденсаторов: керамический и электролитический. Керамические меньше по размеру и обычно имеют ёмкость до 1 мкФ; им всё равно какой из контактов будет подключен к плюсу, а какой — к минусу. Электролитические конденсаторы имеют ёмкости от 100 пФ и они полярны: к плюсу должен быть подключен конкретный контакт. Ножка, соответствующая плюсу, делается длинее.
Конденсатор представляет собой две пластины, разделённые слоем диэлектрика. Пластины скапливают заряд: одна положительный, другая отрицательный; тем самым внутри создаётся напряжение. Изолирующий диэлектрик не даёт внутреннему напряжению превратиться во внутренний ток, который бы уравнял пластины.
Зарядка и разрядка
Рассмотрим такую схему:
Пока переключатель находится в положении 1, на конденсаторе создаётся напряжение — он заряжается. Заряд Q на пластине в определённый момент времени расчитывается по формуле:
C — ёмкость, e — экспонента (константа ≈ 2.71828), t — время с момента начала зарядки. Заряд на второй пластине по значению всегда точно такой же, но с противоположным знаком. Если резистор R убрать, останется лишь небольшое сопротивление проводов (оно и станет значением R) и зарядка будет происходить очень быстро.
Изобразив функцию на графике, получим такую картину:
Как видно, заряд растёт не равномерно, а обратно-экспоненциально. Это связанно с тем, что по мере того, как заряд копится, он создаёт всё большее и большее обратное напряжение Vc, которое «сопротивляется» Vin.
Заканчивается всё тем, что Vc становится равным по значению Vin и ток перестаёт течь вовсе. В этот момент говорят, что конденсатор достиг точки насыщения (equilibrium). Заряд при этом достигает максимума.
— V_c> $» />
Теперь, когда система находится в равновесии, поставим переключатель в положение 2.
На пластинах конденсатора заряды противоположных знаков, они создают напряжение — появляется ток через нагрузку (Load). Ток пойдёт в противоположном направлении, если сравнивать с направлением источника питания. Разрядка тоже будет происходить наоборот: сначала заряд будет теряться быстро, затем, с падением напряжения создаваемого им же, всё медленее и медленее. Если за Q0 обозначить заряд, который был на конденсаторе изначально, то:
Опять же, через некоторое время система придёт в состояние покоя: весь заряд потеряется, напряжение исчезнет, течение тока прекратится.
Если снова воспользоваться переключателем, всё начнётся по кругу. Таким образом конденсатор ничего не делает кроме как размыкает цепь когда напряжение постоянно; и «работает», когда напряжение резко меняется. Это его свойство и определяет когда и как он применяется на практике.
Применение на практике
Среди наиболее распространённых в микроэлектронике можно выделить такие шаблоны:
Резервный конденсатор (bypass cap) — для уменьшения ряби напряжения питания
Фильтрующий конденсатор (filter cap) — для разделения постоянной и изменяющейся составляющих напряжения, для выделения сигнала
Резервный конденсатор
Многие схемы расчитаны на получение постоянного, стабильного питания. Например 5 В. Их им поставляет источник питания. Но идеальных систем не существует и в случае резкого изменения потребления тока устройством, например когда включается компонент, источник питания не успевает «отреагировать» моментально и происходит кратковременный спад напряжения. Кроме того, в случаях когда провод от источника питания до схемы достаточно длинный, он начинает работать как антенна и тоже вносить нежелательный шум в уровень напряжения.
Обычно отклонение от идеального напряжения не превышает тысячной доли вольта и это являние абсолютно незначительно, если речь идёт о питании, например, светодиодов или электродвигателя. Но в логических цепях, где переключение логического нуля и логической единицы происходит на основе изменения малых напряжений, шумы питания могут быть ошибочно приняты за сигнал, что приведёт к неверному переключению, которое по принципу домино поставит систему в непредсказуемое состояние.
Для предотвращения таких сбоев, непосредственно перед схемой ставят резервный конденсатор
В моменты, когда напряжение полное, конденсатор заряжается до насыщения и становится запасом резервного заряда. Как только уровень напряжения на линии падает, резервный конденсатор выступает в роли быстрой батарейки, отдавая накопленный ранее заряд, чтобы заполнить пробел пока ситуация не нормализуется. Такая помощь основному источнику питания происходит огромное количество раз ежесекундно.
Если рассуждать с другой точки зрения: конденсатор выделяет из постоянного напряжения переменную составляющую и пропуская её через себя, уводит её с линии питания в землю. Именно поэтому резервный конденсатор также называют «bypass capacitor».
В итоге, сглаженное напряжение выглядит так:
Типичный конденсаторы, который используется для этих целей — керамические, номиналом 10 или 100 нФ. Большие электролитические слабо подходят на эту роль, т.к. они медленее и не смогут быстро отдавать свой заряд в этих условиях, где шум обладает высокой частотой.
В одном устройстве резервные конденсаторы могут присутствовать во множестве мест: перед каждой схемой, представляющей собой самостоятельную единицу. Так, например, на Arduino уже есть резервные конденсаторы, которые обеспечивают стабильную работу процессора, но перед питанием подключаемого к нему LCD экрана должен быть установлен свой собственный.
Фильтрующий конденсатор
Фильтрующий конденсатор используется для снятия сигнала с сенсора, который передаёт его в форме изменяющегося напряжения. Примерами таких сенсоров являеются микрофон или активная Wi-Fi антенна.
Рассмотрим схему подключения электретного микрофона. Электретный микрофон — самый распространённый и повсеместный: именно такой применяется в мобильных телефонах, в компьютерных аксессуарах, системах громкой связи.
Для своей работы микрофон требует питания. В состоянии тишины, его сопротивление велико и составляет десятки килоом. Когда на него воздействует звук, затвор встроенного внутри полевого транзистора открывается и микрофон теряет внутреннее сопротивление. Потеря и восстановление сопротивления происходит много раз ежесекундно и соответствует фазе звуковой волны.
На выходе нам интересно напряжение только в те моменты, когда звук есть. Если бы не было конденсатора C, на выход всегда бы дополнительно воздействовало постоянное напряжение питания. C блокирует эту постоянную составляющую и пропускает только отклонения, которые и соответствуют звуку.
Слышимый звук, который нам и интересен, находится низкочастотном диапазоне: 20 Гц — 20 кГц. Чтобы выделить из напряжения именно сигнал звука, а не высокочастотные шумы питания, в качестве C используется медленный электролитический конденсатор номиналом 10 мкФ. Если был бы использован быстрый конденсатор, например, на 10 нФ, на выход прошли бы сигналы, не связанные со звуком.
Обратите внимание, что выходной сигнал поставляется в виде отрицательного напряжения. То есть при соединении выхода с землёй, ток потечёт из земли к выходу. Пиковые значения напряжения в случае с микрофоном составляют десятки милливольт. Чтобы перевернуть напряжение обратно и увеличить его значение, выход Vout обычно подключают к операционному уселителю.
Соединение конденсаторов
Если сравнивать с соединением резисторов, расчёт итогового номинала конденсаторов выглядит наоборот.
При параллельном соединении суммарная ёмкость суммируется:
При последовательном соединении, итоговая ёмкость расчитывается по формуле:
В частном случае двух одинаховых конденсаторов суммарная ёмкость последовательного соединения равна половине ёмкости каждого.
Предельные характеристики
В документации на каждый конденсатор указано максимальное допустимое напряжение. Его превышение может привести к пробою диэлектрика и взрыву конденсатора. Для электролитических конденсаторов обязательно должна быть соблюдена полярность. В противном случае либо вытечет электролит, либо опять же будет взрыв.
Если не указано иное, содержимое этой вики предоставляется на условиях следующей лицензии: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International
Производные работы должны содержать ссылку на http://wiki.amperka.ru, как на первоисточник, непосредственно перед содержимым работы. Вики работает на суперском движке DokuWiki.
схемотехника/конденсаторы.txt · Последние изменения: 2019/12/06 17:06 — mik
Инструменты страницы
Показать исходный текст
История страницы
Ссылки сюда
Наверх
Конденсатор показывает большую емкость чем номинал
Монитор lg l1730s с типичной проблемой — не вкл. Заменил конденсаторы по линиям 12 и 5 вольт — стал подавать признаки жизни, но полностью не заработал. Заметил, что на входе конденсатор 68*450 вольт показывает 72.5 мф, после замены монитор стартанул. Вопрос: что может случиться такого с конденсатором, что его ёмкость стала выше номинала? Было бы меньше — все понятно, а когда больше — нет. Тестер исправен.
gatti2010
Рейтинг: 31 / -22
— написано 8-5-2022 19:08 gatti2010
Если ёмкость пошла вверх, то считай конденсатор начал своё внутреннее разложение, распад, градацию. Причём показатели: ESR и ток утечки могут оставаться в пределах норм по прибору, но на самом деле в работе всё уже не так хорошо. Когда же ёмкость уходит слегка вниз, то это говорит о том , что кондёр ещё жив. При усовии норм параметров esr и токов утечки. Тоесть лучше уж пусть будет ниже ёмкость, чем завышена. Завышение ёмкости в старых конденсаторов говорит о их градации. Не претендую на истину. Выводы из личных наблюдений.
Ollema
Рейтинг: 82 / -13
— написано 11-5-2022 21:18 Ollema
Электролит высыхает, оксидная пленка на поверхности деградирует и истончается. Меньше расстояние между обкладками — больше емкость. Но ESR сильно растет и возможен пробой обкладок.
Ollema
Рейтинг: 82 / -13
— написано 12-5-2022 11:42 Ollema
И что в этом «немножко другого»? Это и есть следствие написанного мной.
Эд
Рейтинг: 92 / -22
— написано 16-5-2022 20:39 Эд
Наблюдал такое при измерении старых конденсаторов с блоков питания — ёмкость завышена в 1.5-2раза.esrпри этом идеальный. Приборы были разные и цифровые и стрелочные. Напряжение питания приборов до 9 вольт. Блок с такими конденсаторами не запускался. Причину такого поведения конденсаторов не понял. Но для себя определился- ёмкость должна быть по прибору или точно такой, как написано на корпусе или немного меньше.
ALC
Рейтинг: 95 / -21
Как проверить конденсатор на плате
Конденсаторы — важные элементы электронных устройств, которые накапливают и хранят электрическую энергию. Но как быть, если у вас возникли сомнения в исправности конденсатора на вашей плате? В этой статье мы расскажем о том, как проверить конденсатор на плате с помощью нескольких методов, чтобы быть уверенным в их работоспособности.
Перед тем как приступить к проверке, важно понять, что конденсаторы могут выходить из строя по разным причинам, включая износ, перегрев, неправильное подключение или механические повреждения. Проверка конденсатора на плате поможет вам определить, нужно ли его заменить или нет.
Один из самых простых способов проверки конденсатора на плате — визуальный осмотр. Изучите плату и обратите внимание на конденсаторы. Если вы видите какие-либо признаки повреждения, такие как выпучивание верхней части, протечка электролита или трещины на корпусе, то скорее всего конденсатор поврежден и требует замены.
Если же конденсатор выглядит без видимых повреждений, то следующим шагом будет проведение проверки с помощью мультиметра. Для этого необходимо найти положительный и отрицательный выводы конденсатора и подключить мультиметр в режиме измерения ёмкости. При правильной работе конденсатора, мультиметр должен показать значение, близкое к номинальной ёмкости конденсатора. Если значение существенно отличается от номинала, это может свидетельствовать о выходе конденсатора из строя.
Помните, что проверка конденсатора на плате должна осуществляться при выключенном питании и после того, как конденсатор был разряжен. Также учтите, что некоторые типы конденсаторов, такие как электролитические, могут требовать специальных методов проверки.
Почему нужно проверять конденсаторы на плате
Конденсаторы являются одним из основных элементов электрической схемы и выполняют важные функции в работе электронных устройств. Они могут накапливать, хранить и отдавать электрическую энергию.
Однако, конденсаторы подвержены выходу из строя, особенно при длительной эксплуатации или при нарушении условий эксплуатации. Если конденсатор не функционирует должным образом, это может привести к неправильной работе всей схемы или даже к поломке электронного устройства. Поэтому регулярная проверка конденсаторов на плате является важным шагом в обслуживании и ремонте электроники.
Причины выхода из строя конденсаторов могут быть различными. Например, конденсаторы могут быть повреждены из-за перегрузки тока, превышения напряжения, высокой температуры, воздействия влаги или окисления металлов. Также конденсаторы могут выйти из строя из-за производственных дефектов или низкого качества компонентов.
Проверка конденсаторов на плате позволяет выявить вышедшие из строя или неисправные элементы. Это позволяет заменить их вовремя и избежать дополнительных проблем. Проверка конденсаторов может быть осуществлена с помощью различных методов, таких как визуальный осмотр, тестирование с использованием мультиметра, измерение емкости, проверка на наличие утечки и другие.
Регулярная проверка конденсаторов на плате поможет поддерживать электронные устройства в рабочем состоянии и продлить их срок службы. Это также позволит избежать непредвиденных поломок и снизить риски возникновения аварий или потери данных. Проверка конденсаторов является важным этапом в обслуживании и ремонте электроники и рекомендуется проводить ее регулярно или при первых признаках неисправности.
Какие инструменты понадобятся для проверки
Для проверки конденсатора на плате вам понадобятся следующие инструменты:
Мультиметр — это основной инструмент, который позволяет измерять напряжение, сопротивление и емкость. Также с его помощью можно проверить состояние конденсатора.
Специализированный инструмент для измерения емкости — в некоторых случаях мультиметр может не обладать достаточной точностью для измерения емкости конденсатора. Поэтому полезно иметь специальный инструмент, который специализируется именно на этом.
Отвертки и пинцет — иногда для доступа к конденсатору на плате необходимо снять некоторые элементы или провода. Для этого вам потребуются отвертки разных размеров и пинцет для точной работы.
При работе с электрическими компонентами всегда необходимо быть осторожным, чтобы не повредить себя или оборудование. Важно соблюдать правила безопасности и следовать инструкциям производителя.
Шаги по проверке конденсатора на плате
Проверка конденсаторов на плате является важной процедурой при обслуживании и ремонте электронных устройств. Ниже приведены основные шаги, которые помогут вам провести проверку конденсатора на плате:
Отключите устройство от источника питания и убедитесь, что все конденсаторы разряжены.
Используя мультиметр, установите его в режим измерения емкости.
Выберите конденсатор, который вы хотите проверить, и определите его положение на плате.
Сначала проверьте внешний вид конденсатора: убедитесь, что он не поврежден, не выпуклый или не протекает.
С помощью мультиметра измерьте емкость конденсатора, прикладывая зонды к его выводам.
Сравните результаты измерения с номиналом, указанным на корпусе конденсатора. Различие в значениях может указывать на неисправность конденсатора.
Проверьте значения ESR (эквивалентного последовательного сопротивления) конденсатора с помощью соответствующего прибора либо осциллографа.
Если конденсатор прошел все предыдущие проверки и значения соответствуют номиналам, можно сделать вывод о его исправности.
Если же конденсатор не прошел проверку или значения сильно отличаются от номинала, рекомендуется заменить его на новый.
Помните, что проверка конденсатора на плате требует аккуратности и соблюдения правильной последовательности действий. Если вы не уверены в своих навыках или опыте, рекомендуется обратиться к специалисту.
Какой вид повреждений могут иметь конденсаторы
Конденсаторы могут иметь различные виды повреждений, которые могут влиять на их работоспособность. Ниже приведены основные виды повреждений, на которые следует обратить внимание при проверке конденсатора:
Вздутие: один из наиболее распространенных видов повреждений конденсаторов. Повышенное давление внутри конденсатора может вызвать его вздутие, что указывает на повреждение или поломку.
Утечка электролита: если конденсатор начинает протекать электролит, это может свидетельствовать о его повреждении. Утечка может быть видна в виде пятен, коррозии или подтекания электролита.
Потеря емкости: емкость конденсатора может снизиться из-за старения или других повреждений, что может повлиять на его эффективность и способность хранить заряд.
Нагрев: если конденсатор высоко нагревается, это может указывать на его неисправность. Перегрев может быть вызван неправильным питанием или другими факторами.
Если конденсатор имеет одно или несколько из перечисленных повреждений, это может повлиять на его работу и требуется его замена. Правильная проверка конденсатора позволит определить, они рабочие или нет, и принять соответствующие меры.
Что делать, если конденсатор не выполняет свою функцию
Конденсатор – важный элемент электрической цепи, который накапливает электрическую энергию и выполняет различные функции, такие как фильтрация сигнала, стабилизация напряжения и т.д. Однако иногда конденсатор может перестать выполнять свою функцию или полностью выйти из строя. В таком случае, следует принять следующие меры:
Проверьте внешний вид конденсатора. Иногда визуальный осмотр может показать признаки повреждений, таких как вздутие или утечка электролита. Если конденсатор имеет видимые повреждения, его следует заменить.
Измерьте ёмкость конденсатора. Для этого можно использовать специальные измерительные приборы, такие как ёмкостные метры. Если измерение показывает значительное отклонение ёмкости от номинальной, то конденсатор следует заменить.
Проверьте рабочее напряжение конденсатора. Если конденсатор не выдерживает указанное на его корпусе напряжение, он может быть перегрузкой и не справляться со своей функцией. В этом случае также рекомендуется заменить конденсатор на аналогичный с нужным рабочим напряжением.
Учтите подключение конденсатора в цепь. Неправильное подключение конденсатора может привести к его неработоспособности. Убедитесь, что положительный и отрицательный выводы конденсатора правильно подключены к соответствующим клеммам цепи.
Проверьте другие элементы цепи. Иногда проблема может быть связана не с самим конденсатором, а с другими элементами цепи, такими как транзисторы или резисторы. Проверьте их работоспособность, а при необходимости замените их.
Если после всех мероприятий конденсатор не выполняет свою функцию, возможно, потребуется проверка всей электрической цепи и помощь специалиста. Помните, что неправильная работа или поломка конденсатора может негативно сказаться на работе всей системы, поэтому регулярная проверка и замена неисправных конденсаторов являются важными профилактическими мерами.
Как предотвратить повреждение конденсатора на плате
Конденсаторы являются одними из самых уязвимых компонентов на печатной плате. Они подвержены различным физическим и электрическим воздействиям, которые могут привести к их повреждению или выходу из строя. Важно принять необходимые меры предосторожности, чтобы предотвратить повреждение конденсатора и обеспечить надежное функционирование платы. В этом разделе приведены некоторые полезные советы по предупреждению повреждений конденсаторов.
Используйте конденсаторы с правильными характеристиками: При выборе конденсатора для своего проекта обращайте внимание на его характеристики, такие как ёмкость, рабочее напряжение и температурный диапазон. Важно выбрать конденсатор, который соответствует требованиям вашей платы и сможет работать в заданных условиях. Неправильно подобранный конденсатор может привести к его повреждению или ненадежной работе.
Правильно установите конденсатор на плату: При установке конденсатора на плату следует обратить внимание на его полярность. Конденсаторы могут иметь отметки «+», «-«, или полоску, обозначающую положительный вывод. Установка конденсатора с неправильной полярностью может привести к его повреждению или взрыву, поэтому очень важно убедиться, что конденсатор установлен правильно.
Обеспечьте достаточное расстояние между конденсаторами: Конденсаторы, особенно с большой ёмкостью, требуют определенного расстояния между ними для обеспечения нормальной вентиляции и предотвращения перегрева. Установка конденсаторов слишком близко друг к другу может вызвать повышенную тепловую нагрузку и повреждение конденсатора.
Избегайте перегрузок и коротких замыканий: Перегрузки и короткие замыкания являются основными причинами повреждения конденсаторов. Убедитесь, что ваша плата имеет правильное питание и защиту от короткого замыкания. Проверьте, что ваших конденсаторы не подвергаются избыточному напряжению или току, чтобы избежать их повреждения.
Предотвратите экстримальные температуры: Конденсаторы могут быть чувствительны к экстремальным температурам. Избегайте установки платы в местах, где температура может достигать уровня, превышающего рабочий диапазон конденсаторов. Также следите за тем, чтобы ваша плата не попадала в области сильной влажности, агрессивных химикатов или других вредных факторов, которые могут негативно повлиять на конденсаторы.
Следуя вышеуказанным рекомендациям, вы можете значительно снизить риск повреждения конденсаторов на плате и обеспечить надежное функционирование вашей системы.
Как правильно заменить конденсатор на плате
Конденсаторы на платах могут выходить из строя со временем, требуя замены. Замена конденсатора на плате может быть произведена даже с минимальными навыками электроники. Следуйте этой пошаговой инструкции, чтобы выполнить замену конденсатора правильно.
Обратите внимание на спецификации старого конденсатора, чтобы выбрать новый эквивалентный конденсатор. Учтите его номинал, рабочее напряжение и тип (керамический, электролитический и т. д.). Также убедитесь в соответствии размеров нового конденсатора с местом его установки на плате.
Подключите плату к источнику питания и проверьте, что новый конденсатор работает правильно. Замененный конденсатор должен исправно функционировать и не выделять источников тепла или дыма.
Следование этим шагам поможет вам правильно заменить конденсатор на плате и сохранить ее работоспособность.
