Конденсатор — это пассивный электронный компонент, основная функция которого заключается в накоплении и хранении электрического заряда. Его конструкция включает в себя две проводящие пластины (обкладки), разделенные слоем непроводящего материала — диэлектрика. Ключевой параметр, ёмкость, напрямую зависит от площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними. При подключении к источнику напряжения на обкладках накапливаются равные по величине, но противоположные по знаку заряды, создавая в диэлектрике электрическое поле и вызывая его поляризацию.
Основные характеристики и принцип действия
Ёмкость конденсатора (C) определяется как отношение накопленного заряда (q) к приложенному напряжению (U): C = q / U. Она измеряется в фарадах (Ф), но на практике чаще используются микрофарады (мкФ) и пикофарады (пФ). Важнейшей эксплуатационной характеристикой является рабочее напряжение, которое ограничивается электрической прочностью диэлектрика и обкладок. Испытательное напряжение — это максимальное напряжение, которое конденсатор может выдерживать длительное время (например, 10 000 часов) без пробоя.
К другим важным параметрам относятся сопротивление изоляции (определяет ток утечки), постоянная времени, реактивное сопротивление (зависит от частоты) и угол потерь, на который влияют свойства диэлектрика, материал обкладок, температура и частота тока. При работе на постоянном токе конденсатор заряжается, запасая энергию в электрическом поле (W = C*U²/2). В цепи переменного тока через него протекает ток смещения, а наличие активных потерь в диэлектрике приводит к рассеиванию части энергии, которая компенсируется источником.
Классификация и типы конденсаторов
Конденсаторы классифицируют по виду применения и типу диэлектрика. Выделяют устройства для низкого и высокого напряжения, постоянного тока, низкой и высокой частоты.
1. Конденсаторы с газообразным диэлектриком. Их ёмкость стабильна и не зависит от частоты, а после пробоя диэлектрик полностью восстанавливается. Широко используются в радиоаппаратуре. Часто выполняются в виде переменных конденсаторов, где подвижные пластины (ротор) вращаются относительно неподвижных (статора), обеспечивая плавную регулировку ёмкости. В качестве диэлектрика применяют азот под высоким давлением (до 20 атм) или гексафторид серы (до 8 атм), что позволяет повысить рабочее напряжение.
2. Вакуумные конденсаторы. Их характеристики не зависят от атмосферного давления, что делает их незаменимыми в авиационной и космической аппаратуре.
3. Конденсаторы с жидким диэлектриком. Обладают значительной ёмкостью, но имеют большие потери, поэтому применяются в основном в измерительной технике.
4. Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком. К этой группе относятся популярные в радиоэлектронике устройства:
- Стеклянные: малая удельная ёмкость, высокая стабильность.
- Слюдяные: используются в высокочастотных опрессованных схемах.
- Керамические: выпускаются в виде дисков, горшков или бочонков с нанесёнными серебряными обкладками; применяются в высокочастотных контурах.
5. Конденсаторы с органическим твёрдым диэлектриком. Изготавливаются методом намотки металлизированной плёнки или фольги. Это обеспечивает низкую стоимость и высокую удельную ёмкость, но может ухудшать электроизоляционные свойства.
6. Бумажные конденсаторы. Один из самых распространённых типов в силовой электротехнике высокого напряжения. Бумага, пропитанная жидким диэлектриком (маслом), служит изолятором.
7. Полистирольные конденсаторы. Занимают промежуточное положение между бумажными и слюдяными, отличаясь высоким сопротивлением изоляции.
8. Электролитические конденсаторы. Их ключевая особенность — исключительно высокая удельная ёмкость. Они являются полярными, то есть для корректной работы необходимо строго соблюдать полярность подключения («плюс» к аноду, «минус» к катоду).
Конденсаторы нашли широчайшее применение во всех областях электротехники и радиотехники — от фильтрации помех в блоках питания до настройки частоты в колебательных контурах.
