• увеличивает потребление энергии   
• сокращает срок службы системы и двигателя 

• приводит к неправильному циклированию   
• повышенному шуму   
• создает нагрузку на другие компоненты 

Двигатели рассчитаны на определенные номинальные характеристики и допуски.

Если что-то выходит за эти пределы, двигатель будет работать быстрее или медленнее. В любом случае конечным результатом будет то, что машина не будет работать должным образом, а двигатель, конденсатор или любой другой компонент машины получат дополнительную нагрузку, которая приведет к повреждению, шуму и потребует ремонта.

Также были вопросы о том, какое напряжение использовать при замене конденсаторов. Эмпирическое правило заключается в том, чтобы всегда использовать напряжение, превышающее или равное номинальному напряжению, требуемому двигателем. Требуемое напряжение всегда указано на паспортной табличке двигателя. НИКОГДА не используйте более низкое напряжение, чем требуется, потому что это сокращает срок службы конденсатора в геометрической прогрессии. Использование конденсатора с более низким номинальным напряжением не повредит систему, но ускорит окончание срока службы конденсатора.

Номинальное напряжение — это рабочее напряжение, при котором конденсатор достигает 60 000 часов работы. Если блок обогрева или кондиционирования воздуха увеличивает напряжение на конденсаторе (например, конденсатор рассчитан на 370 В переменного тока, а от блока поступает 440 В переменного тока), то срок службы конденсатора значительно сократится. С другой стороны, если блок обогрева или кондиционирования воздуха снижает напряжение на конденсаторе (например, конденсатор рассчитан на 440 В переменного тока, но получает от блока 370 В переменного тока), то срок службы конденсатора увеличивается.

Несмотря на то, что конденсатор является недорогим компонентом, установка неправильного размера может оказать существенное влияние на всю систему!

Промышленные стандарты 

Итак, вопрос в том, как узнать, какой конденсатор обладает качеством и надежностью, требуемыми производителями двигателей, без необходимости размещать конденсаторы в реальном блоке HVAC годами и смотреть, работают ли они?

Существуют различные инструменты для обеспечения хорошего качества конденсаторов, а именно электрические и механические испытания, описанные в нескольких отраслевых стандартах для конденсаторов. Для обеспечения долгосрочной надежности основным и единственным инструментом является ускоренное испытание на долговечность (HALT). Сегодня на рынке представлено множество отраслевых стандартов, основными из которых являются: 

• Tecumseh H-115
• IEC-60252-1
• EIA-456-A

За последние несколько лет на рынке наблюдается растущий спрос на качественные конденсаторы. Кажется, что многие производители урезали углы в отношении качества материалов и производственных процессов, поэтому, несмотря на то, что конденсаторы хорошо тестируются в готовом виде, в полевых условиях они не служат более 6–12 месяцев. Очевидно, что с более дешевыми материалами и устранением некоторых производственных процессов цена конденсатора упала до очень низкого уровня. Наряду с более низкими ценами на рынке также появились конденсаторы с чрезвычайно низким сроком службы.

Ключом к созданию качественного конденсатора, помимо использования качественных материалов в производстве, является конструкция конденсатора, системы контроля качества и тестирование производительности на протяжении всего производственного процесса, чтобы изготовить конденсатор, который пройдет испытание HALT. Большинство, если не все конденсаторы будут тестироваться одинаково, но в течение срока службы конденсатора вы увидите резкие изменения от одного поставщика к другому. Здесь в игру вступают отраслевые стандарты.

Tecumseh H-115

Tecumseh H-115 был одной из первых попыток стандартизировать критерии испытаний пленочных конденсаторов. Этот стандарт использовался и до сих пор используется в основном в США и применяется только к приложениям, работающим с конденсаторными двигателями. Этот стандарт включает тест на надежность с двумя коэффициентами ускорения, которые включают приложенное напряжение и приложенную температуру.

Условия испытаний: 

• Количество испытанных конденсаторов: 12 единиц 
• Прикладываемое напряжение: 126 % от номинального напряжения
• Прикладываемая температура: 80ºC (рабочий конденсатор двигателя обычно рассчитан на 70ºC)
• Время испытания (часы): 500 часов
• Моделирование срока службы (часы): 60 000 часов

Учтено Отказы:  

• Микрофарад (мкФ) Потери: более 5%
• Коэффициент рассеяния: усиление: не обсуждается
• Допустимые отказы: 1 единица из 12 единиц

МЭК-60252-1

Стандарт IEC-60252-1, созданный Международной электротехнической комиссией (IEC), использовался и до сих пор используется в основном в Европе и Азиатско-Тихоокеанском регионе. Как и в случае с Tecumseh H-115, этот стандарт также применяется только к приложениям, работающим от конденсаторных двигателей. Этот стандарт использует только один коэффициент ускорения (приложенное напряжение) для проверки надежности.

В этом стандарте номиналы различных классов определяют разный срок службы конденсаторов. Различные рейтинги классов зависят от количества часов испытаний, через которые проходит конденсатор.

• Класс A определяет срок службы 30 000 часов
• Класс B указывает срок службы 10 000 часов
• Класс C указывает срок службы 3000 часов
• Класс D указывает срок службы 1000 часов

Эта статья фокусируется только на спецификации класса B стандарта IEC-60252-1.

Условия испытаний для спецификации класса B:  

• Количество испытанных конденсаторов: не указано
• Прикладываемое напряжение: 125% от номинального напряжения
• Прикладываемая температура: 70ºC (рабочий конденсатор двигателя обычно рассчитан на 70ºC)
• Время испытания (часы): 2000 часов
• Моделирование срока службы (часы): 10000 часов 

Рассматриваемые отказы: 

• Микрофарад (мкФ) Потери: более 3 %
• Коэффициент рассеяния: усиление: не обсуждается 
• Допустимые отказы: должны быть определены между заказчиком и поставщиком0002 EIA-456-A 

  EIA-456-A, созданный Альянсом электронной промышленности (EIA), использовался и до сих пор в основном используется в США. их, опубликовав всеобъемлющий стандарт для металлизированных пленочных конденсаторов для приложений переменного тока.

  Он охватывает не только устройства, работающие от двигателя, но также включает конденсаторы, используемые в устройствах разрядного освещения высокой интенсивности, а также в устройствах общего назначения, таких как источники питания и блоки коррекции коэффициента мощности.

  Условия испытаний:

  • Количество протестированных конденсаторов: 12 шт.
  • Прикладываемое напряжение: 125 % от номинального напряжения 42
  • Время тестирования (часы): 2000 часов 
  • Моделирование срока службы (часы): 60 000 часов

  Рассмотренные отказы:

  • Микрофарад (мкФ) Потери: более 3 %
  • Коэффициент рассеяния: более 0,15 % 
  • Допустимые отказы: должны быть определены между заказчиком и поставщиком

  При сравнении этих трех стандартов EIA-456-A является самым жестким и тщательным. Он также является основой для многих, если не большинства, стандартов надежности производителей оригинального оборудования HVAC (OEM) для конденсаторов.

  Многие производители конденсаторов заявляют, что у них есть конденсатор со сроком службы 60 000 часов, но реальный вопрос заключается в том, какие испытания были применены к их продукции? При сравнении Tecumseh H-115 (500 часов испытаний) и EIA-456-A (2000 часов испытаний) существует четырехкратная разница.

  Поскольку условия испытаний Tecumseh H-115 и EIA-456-A одинаковы, можно видеть, что 500 часов испытаний по шкале EIA-456-A равны примерно 15 000 часов применения (см. Таблицу 5). Время наработки Tecumseh H-115 очень похоже на стандарт IEC-60252-1 класса B, предусматривающий 10 000 часов наработки.

  В США стандарт составляет 5000 расчетных рабочих часов; таким образом, вы можете предположить, что стандарт EIA-456-A, который определяет 60 000 рабочих часов для конденсатора, оценивает срок службы конденсатора примерно от 10 до 12 лет, в то время как Tecumseh H-115 оценивает срок службы конденсатора только от 2 до 12 лет. 3 года, так как это соответствует 15 000 прикладных часов вместо 60 000 часов.

  Вы получаете то, за что заплатили?

  Здесь было много подробностей, но мы надеемся, что они помогли вам лучше понять номиналы конденсаторов и стандарты, используемые в отрасли HVAC.

  Важно помнить, что все конденсаторы хорошо выдерживают испытания сразу после распаковки, но важен срок службы конденсатора. Перед покупкой конденсаторов рекомендуется сделать домашнее задание. Это может сэкономить вам деньги и головную боль в будущем.

  Опросите производителей о том, как их продукты соотносятся с отраслевым стандартом EIA-456-A. Не бойтесь спрашивать производителей об их возможностях для проверки надежности. Любой уважаемый производитель сможет обсудить это с вами. Исходя из этого, вы сможете самостоятельно оценить качество конденсаторного изделия. Экономия нескольких долларов на конденсаторах может в конечном итоге стоить вам сотен долларов в долгосрочной перспективе, поэтому важно понимать, что вы получаете.

  Перепечатано с разрешения журнала RSES

  Конденсаторы — SparkFun Learn

  Авторы: Джимблом
  Избранное Любимый 84

  Введение

  Конденсатор представляет собой электрический компонент с двумя выводами. Наряду с резисторами и катушками индуктивности они являются одними из самых основных пассивных компонентов , которые мы используем. Вам придется очень постараться, чтобы найти схему, которая 9В 0107 не было конденсатора в .

  Что делает конденсаторы особенными, так это их способность накапливать энергию ; они как полностью заряженная электрическая батарея. Колпачки , как мы их обычно называем, имеют все виды важных применений в цепях. Общие области применения включают локальное накопление энергии, подавление скачков напряжения и сложную фильтрацию сигналов.

  Рассмотрено в этом руководстве

  В этом руководстве мы рассмотрим все виды тем, связанных с конденсаторами, в том числе:

  • Как делают конденсатор
  • Как работает конденсатор
  • Единицы измерения емкости
  • Типы конденсаторов
  • Как распознать конденсаторы
  • Как емкость объединяется последовательно и параллельно
  • Общие области применения конденсаторов

  Рекомендуемая литература

  Некоторые концепции в этом руководстве основаны на предыдущих знаниях в области электроники. Прежде чем приступить к этому руководству, подумайте о том, чтобы сначала прочитать (хотя бы бегло просмотреть) следующее:

  • Что такое электричество?
  • Напряжение, ток, сопротивление и закон Ома
  • Что такое цепь
  Серия
  • против параллельных цепей
  • Как пользоваться мультиметром
  • Метрические префиксы

  ---

  Символы и единицы измерения

  Символы цепей

  Существует два распространенных способа изображения конденсатора на схеме. У них всегда есть две клеммы, которые соединяются с остальной частью схемы. Символ конденсаторов состоит из двух параллельных линий, плоских или изогнутых; обе линии должны быть параллельны друг другу, близко, но не соприкасаться (это на самом деле показывает, как сделан конденсатор. Трудно описать, проще просто показать:

  (1) и (2) являются стандартными символами цепи конденсатора. (3) является примером символов конденсаторов в действии в цепи регулятора напряжения.

  Символ с изогнутой линией (№ 2 на фотографии выше) указывает на то, что конденсатор поляризован, что означает, что это, вероятно, электролитический конденсатор. Подробнее об этом в разделе типов конденсаторов этого руководства.

  Каждый конденсатор должен сопровождаться именем — C1, C2 и т. д. — и номиналом. Значение должно указывать емкость конденсатора; сколько в нем фарад. Кстати о фарадах…

  Единицы измерения емкости

  Не все конденсаторы одинаковы. Каждый конденсатор рассчитан на определенную емкость. Емкость конденсатора говорит вам

  , сколько заряда он может хранить , чем больше емкость, тем больше емкость для хранения заряда. Стандартная единица измерения емкости называется фарад, сокращенно F .

  Получается, что фарад — это лот емкости, даже 0,001Ф (1 милфарад — 1мФ) большой конденсатор. Обычно вы увидите конденсаторы с номиналом в пико- (10 ^-12 ) до микрофарад (10 ^-6 ).

  9034 3

  Префикс Название	Аббревиатура	Вес	Эквивалент Фарады
  Пикофарад	пФ	10 -12	0,000000000001 Ф
  Нанофарад	нФ	10 -9 9035 5	0,000000001 Ф
  Микрофарад	мкФ	10 -6	0,000001 Ф
  Милифарад	мФ	10 -3	0,001 Ф
  Килофарад	кФ	10 3	1000 Ф

  Когда попадаешь в от фарада до килофарадного диапазона емкости, вы начинаете говорить о специальных конденсаторах, называемых супер или ультра -конденсаторы.

  ---

  Теория конденсаторов

  Примечание : Материал на этой странице не является абсолютно важным для понимания новичками в электронике. .. и становится немного сложнее ближе к концу. Рекомендуем прочитать Как изготавливается конденсатор , другие, вероятно, можно пропустить, если они вызывают у вас головную боль.

  Как изготавливается конденсатор

  Схематичное обозначение конденсатора на самом деле очень похоже на способ его изготовления. Конденсатор состоит из двух металлических пластин и изоляционного материала, называемого диэлектриком . Металлические пластины расположены очень близко друг к другу, параллельно, но между ними находится диэлектрик, чтобы они не соприкасались.

  Стандартный сэндвич-конденсатор: две металлические пластины, разделенные изолирующим диэлектриком.

  Диэлектрик может быть изготовлен из любых изоляционных материалов: бумаги, стекла, резины, керамики, пластика или любого другого материала, препятствующего прохождению тока.

  Пластины изготовлены из проводящего материала: алюминия, тантала, серебра или других металлов. Каждый из них подключен к терминальному проводу, который в конечном итоге соединяется с остальной частью схемы.

  Емкость конденсатора — сколько у него фарад — зависит от его конструкции. Для большей емкости требуется больший конденсатор. Пластины с большей площадью перекрытия обеспечивают большую емкость, а большее расстояние между пластинами означает меньшую емкость. Материал диэлектрика даже влияет на то, сколько фарад имеет колпачок. Полную емкость конденсатора можно рассчитать по уравнению:

  Где ε _r — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (постоянная величина, определяемая материалом диэлектрика), A — площадь, на которой пластины перекрывают друг друга, а d — расстояние между пластинами.

  Как работает конденсатор

  Электрический ток — это поток электрического заряда, который используется электрическими компонентами для освещения, вращения или других действий. Когда ток течет в конденсатор, заряды «застревают» на пластинах, потому что они не могут пройти через изолирующий диэлектрик. Электроны — отрицательно заряженные частицы — всасываются в одну из пластин, и в целом она становится отрицательно заряженной. Большая масса отрицательных зарядов на одной пластине отталкивает заряды другой пластины, делая ее положительно заряженной.

  Положительные и отрицательные заряды на каждой из этих пластин притягиваются друг к другу, потому что это то, что делают противоположные заряды. Но с диэлектриком, сидящим между ними, как бы они ни хотели соединиться, заряды навсегда застрянут на пластине (пока им некуда будет деться). Постоянные заряды на этих пластинах создают электрическое поле, влияющее на электрическую потенциальную энергию и напряжение. Когда заряды группируются на таком конденсаторе, колпачок накапливает электрическую энергию точно так же, как батарея может накапливать химическую энергию.

  Зарядка и разрядка

  Когда положительные и отрицательные заряды сливаются на пластинах конденсатора, конденсатор становится заряженным . Конденсатор может сохранять свое электрическое поле — удерживать свой заряд — потому что положительные и отрицательные заряды на каждой из пластин притягиваются друг к другу, но никогда не достигают друг друга.

  В какой-то момент пластины конденсатора будут настолько заряжены, что просто не смогут принимать больше. На одной пластине достаточно отрицательных зарядов, чтобы они могли оттолкнуть любые другие, пытающиеся присоединиться. Вот где емкость (фарад) конденсатора вступает в игру, что говорит вам о максимальном количестве заряда, который может хранить крышка.

  Если в цепи создается путь, который позволяет зарядам найти другой путь друг к другу, они покинут конденсатор, и он разрядится .

  Например, в приведенной ниже схеме можно использовать батарею для создания электрического потенциала на конденсаторе. Это приведет к тому, что на каждой из пластин будут накапливаться равные, но противоположные заряды, пока они не будут настолько заполнены, что будут отражать дальнейшее протекание тока. Светодиод, включенный последовательно с крышкой, может обеспечить путь для тока, а энергия, накопленная в конденсаторе, может использоваться для кратковременного освещения светодиода.

  Расчет заряда, напряжения и тока

  Емкость конденсатора — сколько у него фарад — говорит вам, сколько заряда он может хранить. Сколько заряда конденсатора в настоящее время хранит , зависит от разности потенциалов (напряжения) между его пластинами. Эту взаимосвязь между зарядом, емкостью и напряжением можно смоделировать с помощью следующего уравнения:

  Заряд (Q), хранящийся в конденсаторе, является произведением его емкости (C) и приложенного к нему напряжения (V).

  Емкость конденсатора всегда должна быть постоянной известной величиной. Таким образом, мы можем регулировать напряжение, чтобы увеличить или уменьшить заряд крышки. Большее напряжение означает больше заряда, меньше напряжения… меньше заряда.

  Это уравнение также дает нам хороший способ определить стоимость одного фарада. Один фарад (Ф) — это способность хранить одну единицу энергии (кулон) на каждый вольт.

  Вычисление тока

  Мы можем развить уравнение заряда/напряжения/емкости еще на один шаг, чтобы выяснить, как емкость и напряжение влияют на ток, потому что ток – это

  . 0107 ставка потока заряда. Суть отношения конденсатора к напряжению и току такова: величина тока через конденсатор зависит как от емкости, так и от того, насколько быстро повышается или падает напряжение. Если напряжение на конденсаторе быстро возрастает, через конденсатор индуцируется большой положительный ток. Более медленный рост напряжения на конденсаторе соответствует меньшему току через него. Если напряжение на конденсаторе постоянно и неизменно, то через него не будет проходить ток.

  (Это уродливо и усложняет исчисление. Это не так уж и необходимо, пока вы не изучите анализ во временной области, проектирование фильтров и другие неприятные вещи, так что переходите к следующей странице, если вам это не нравится. уравнение.) Уравнение для расчета тока через конденсатор:

  dV/dt часть этого уравнения является производной (причудливый способ сказать мгновенная скорость ) напряжения по времени, это эквивалентно высказыванию «как быстро повышается или понижается напряжение в данный момент». Большой вывод из этого уравнения заключается в том, что если напряжение постоянное , производная равна нулю, что означает ток также равен нулю . Вот почему ток не может течь через конденсатор, поддерживающий постоянное постоянное напряжение.

  ---

  Типы конденсаторов

  Существуют всевозможные типы конденсаторов, каждый из которых имеет определенные особенности и недостатки, которые делают его лучше для одних приложений, чем для других.

  При выборе типа конденсатора необходимо учитывать несколько факторов:

  • Размер — Размер как по физическому объему, так и по емкости. Конденсатор нередко является самым большим компонентом в цепи. Они также могут быть очень маленькими. Для большей емкости обычно требуется конденсатор большей емкости.
  • Максимальное напряжение — Каждый конденсатор рассчитан на максимальное падение напряжения на нем. Некоторые конденсаторы могут быть рассчитаны на 1,5 В, другие — на 100 В. Превышение максимального напряжения обычно приводит к разрушению конденсатора.
  • Ток утечки — Конденсаторы не идеальны. Каждая крышка склонна к утечке небольшого количества тока через диэлектрик от одной клеммы к другой. Эта крошечная потеря тока (обычно наноампер или меньше) называется утечкой. Утечка заставляет энергию, хранящуюся в конденсаторе, медленно, но верно утекать.
  • Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) — Выводы конденсатора не являются проводящими на 100%, они всегда будут иметь небольшое сопротивление (обычно менее 0,01 Ом). Это сопротивление становится проблемой, когда через крышку проходит большой ток, вызывая потери тепла и мощности.
  • Допуск — Конденсаторы также не могут иметь точную, точную емкость. Каждая крышка рассчитана на номинальную емкость, но, в зависимости от типа, точное значение может варьироваться от ±1% до ±20% от желаемого значения.

  Керамические конденсаторы

  Наиболее часто используемыми и производимыми конденсаторами являются керамические конденсаторы. Название происходит от материала, из которого изготовлен их диэлектрик.

  Керамические конденсаторы обычно имеют как физические, так и емкостные характеристики маленький . Трудно найти керамический конденсатор емкостью более 10 мкФ. Керамический колпачок для поверхностного монтажа обычно находится в крошечном корпусе 0402 (0,4 мм x 0,2 мм), 0603 (0,6 мм x 0,3 мм) или 0805. Керамические колпачки со сквозными отверстиями обычно выглядят как маленькие (обычно желтые или красные) лампочки с двумя выступающими выводами.

  Две крышки в радиальной упаковке со сквозным отверстием; крышка 22 пФ слева и 0,1 мкФ справа. Посередине крошечная крышка 0,1 мкФ 0603 для поверхностного монтажа.

  По сравнению с столь же популярными электролитическими конденсаторами керамические конденсаторы являются более близкими к идеальным конденсаторами (намного ниже ESR и токи утечки), но их небольшая емкость может быть ограничивающей. Как правило, они также являются наименее дорогим вариантом. Эти конденсаторы хорошо подходят для высокочастотной связи и развязки.

  Алюминий и тантал Электролитические

  Электролитические великолепны, потому что они могут упаковать большую емкость в относительно небольшой объем. Если вам нужен конденсатор емкостью от 1 мкФ до 1 мФ, скорее всего, вы найдете его в электролитической форме. Они особенно хорошо подходят для высоковольтных приложений из-за их относительно высоких значений максимального напряжения.

  Алюминиевые электролитические конденсаторы, самые популярные из электролитических конденсаторов, обычно выглядят как маленькие жестяные банки, оба вывода которых выходят снизу.

  Ассортимент электролитических конденсаторов для сквозного и поверхностного монтажа. Обратите внимание, что у каждого есть способ маркировки катода (отрицательного вывода).

  К сожалению, электролитические крышки обычно поляризованы . У них есть положительный контакт — анод — и отрицательный контакт, называемый катодом. Когда напряжение подается на электролитическую крышку, анод должен находиться под более высоким напряжением, чем катод. Катод электролитического конденсатора обычно обозначается маркировкой «-» и цветной полосой на корпусе. В качестве еще одного признака ножка анода может быть немного длиннее. Если к электролитической крышке приложить обратное напряжение, они эффектно выйдут из строя (сделав всплывает и разрывается), и навсегда. После выскакивания электролита будет вести себя как короткое замыкание.

  Эти колпачки также печально известны своей утечкой — позволяют небольшому току (порядка нА) проходить через диэлектрик от одной клеммы к другой. Это делает электролитические конденсаторы далеко не идеальными для хранения энергии, что досадно, учитывая их высокую емкость и номинальное напряжение.

  Суперконденсаторы

  Если вы ищете конденсатор, предназначенный для хранения энергии, обратите внимание на суперконденсаторы. Эти бейсболки уникально разработаны, чтобы иметь очень большая емкость, в диапазоне фарад.

  Суперконденсатор 1F (!) Высокая емкость, но рассчитана только на 2,5 В. Обратите внимание, что они также поляризованы.

  Несмотря на то, что они могут накапливать огромное количество заряда, суперконденсаторы не могут работать с очень высокими напряжениями. Этот суперконденсатор 10F рассчитан только на максимальное напряжение 2,5 В. Что-то большее, чем это, уничтожит его. Суперконденсаторы обычно размещают последовательно для достижения более высокого номинального напряжения (при уменьшении общей емкости).

  Основное применение суперконденсаторов находится в хранят и высвобождают энергию , как батареи, которые являются их основным конкурентом. Хотя суперконденсаторы не могут удерживать столько же энергии, сколько батарея такого же размера, они могут высвобождать ее намного быстрее и обычно имеют гораздо более длительный срок службы.

  Другие

  Электролитические и керамические конденсаторы покрывают около 80% всех типов конденсаторов (а суперконденсаторы только около 2%, но они супер!). Другим распространенным типом конденсатора является пленочный конденсатор , который характеризуется очень низкими паразитными потерями (ESR), что делает его идеальным для работы с очень большими токами.

  Есть много других менее распространенных конденсаторов. Переменные конденсаторы могут создавать различные емкости, что делает их хорошей альтернативой переменным резисторам в схемах настройки. Скрученные провода или печатные платы могут создавать емкость (иногда нежелательную), поскольку каждый из них состоит из двух проводников, разделенных изолятором. Лейденские банки — стеклянная банка, наполненная и окруженная проводниками — это О.Г. из семейства конденсаторов. Наконец, конечно, конденсаторы потока (странная комбинация катушки индуктивности и конденсатора) имеют решающее значение, если вы когда-нибудь планируете вернуться в дни славы.

  ---

  Конденсаторы, соединенные последовательно/параллельно

  Подобно резисторам, несколько конденсаторов можно соединять последовательно или параллельно для создания общей эквивалентной емкости. Конденсаторы, однако, складываются таким образом, что полностью противоположны резисторов.

  Параллельные конденсаторы

  Когда конденсаторы расположены параллельно друг другу, общая емкость равна сумме всех емкостей . Это аналогично суммированию резисторов при последовательном соединении.

  Так, например, если у вас есть три конденсатора номиналами 10 мкФ, 1 мкФ и 0,1 мкФ, соединенные параллельно, общая емкость будет 11,1 мкФ (10+1+0,1).

  Конденсаторы в серии

  Подобно тому, как резисторы сложно добавлять параллельно, конденсаторы становятся неприятными, когда их помещают в серию . Суммарная емкость последовательно соединенных конденсаторов N является обратной суммой всех обратных емкостей.

  Если у вас есть только два последовательно соединенных конденсатора , вы можете использовать метод «произведение на сумму» для расчета общей емкости:

  Еще больше расширив это уравнение, если у вас есть два конденсатора одинаковой емкости, соединенные последовательно , общая емкость составляет половину их емкости. Например, два последовательных суперконденсатора 10F будут давать общую емкость 5F (это также даст возможность удвоить номинальное напряжение общего конденсатора с 2,5 В до 5 В).

  ---

  Примеры применения

  Для этого изящного маленького (на самом деле они обычно довольно большого) пассивного компонента существует масса применений. Чтобы дать вам представление об их широком спектре применения, вот несколько примеров:

  Развязывающие (шунтирующие) конденсаторы

  Многие конденсаторы, которые вы видите в схемах, особенно с интегральной схемой, являются развязывающими. Работа развязывающего конденсатора заключается в подавлении высокочастотного шума в сигналах источника питания. Они устраняют крошечные пульсации напряжения, которые в противном случае могли бы быть вредными для чувствительных ИС, из источника питания.

  В некотором смысле, развязывающие конденсаторы действуют как очень маленькие локальные источники питания для интегральных схем (почти как источники бесперебойного питания для компьютеров). Если источник питания очень временно падает напряжение (что на самом деле довольно часто, особенно когда цепь, которую он питает, постоянно переключает требования к нагрузке), развязывающий конденсатор может кратковременно подавать питание с правильным напряжением. Вот почему эти конденсаторы также называются байпас колпачки; они могут временно действовать как источник питания, минуя источник питания.

  Развязывающие конденсаторы подключаются между источником питания (5 В, 3,3 В и т. д.) и землей. Нередко используются два или более конденсатора с разными номиналами, даже разных типов, для обхода источника питания, потому что конденсаторы одних номиналов будут лучше других при фильтрации определенных частот шума.

  В этой схеме используются три развязывающих конденсатора, которые помогают уменьшить шум в источнике питания акселерометра. Два керамических 0,1 мкФ и один танталовый электролитический 10 мкФ с раздельной развязкой.

  Хотя кажется, что это может привести к короткому замыканию между питанием и землей, через конденсатор на землю могут проходить только высокочастотные сигналы. Сигнал постоянного тока будет поступать на IC, как и требовалось. Другая причина, по которой они называются обходными конденсаторами, заключается в том, что высокие частоты (в диапазоне кГц-МГц) обходят микросхему, вместо этого проходя через конденсатор, чтобы попасть на землю.

  При физическом размещении развязывающих конденсаторов их всегда следует располагать как можно ближе к ИС. Чем дальше они находятся, тем менее эффективны.

  Вот схема физической схемы из приведенной выше схемы. Крошечная черная микросхема окружена двумя конденсаторами емкостью 0,1 мкФ (коричневыми крышками) и одним электролитическим танталовым конденсатором емкостью 10 мкФ (высокая черно-серая прямоугольная крышка).

  В соответствии с надлежащей инженерной практикой всегда добавляйте хотя бы один развязывающий конденсатор к каждой микросхеме. Обычно хорошим выбором является 0,1 мкФ, или даже добавьте несколько конденсаторов 1 мкФ или 10 мкФ. Это дешевое дополнение, и они помогают убедиться, что микросхема не подвергается большим провалам или скачкам напряжения.

  Фильтрация источника питания

  Диодные выпрямители можно использовать для преобразования переменного напряжения, выходящего из вашей стены, в постоянное напряжение, необходимое для большинства электронных устройств. Но диоды сами по себе не могут превратить сигнал переменного тока в чистый сигнал постоянного тока, им нужна помощь конденсаторов! При добавлении параллельного конденсатора к мостовому выпрямителю выпрямленный сигнал, подобный этому:

  , можно превратить в сигнал постоянного тока ближнего уровня, подобный этому:

  Напряжение. Конденсатор фильтра будет заряжаться по мере увеличения выпрямленного напряжения. Когда выпрямленное напряжение, поступающее на конденсатор, начинает быстро падать, конденсатор получает доступ к своему банку накопленной энергии и очень медленно разряжается, подавая энергию на нагрузку. Конденсатор не должен полностью разряжаться до того, как входной выпрямленный сигнал снова начнет увеличиваться, перезаряжая конденсатор. Этот танец повторяется много раз в секунду, снова и снова, пока используется источник питания.

  Цепь питания переменного тока в постоянный. Крышка фильтра (C1) имеет решающее значение для сглаживания сигнала постоянного тока, посылаемого в цепь нагрузки.

  Если вы разберете любой блок питания переменного тока в постоянный, вы обязательно найдете по крайней мере один довольно большой конденсатор. Ниже показаны внутренности настенного адаптера постоянного тока на 9 В. Заметили там какие-нибудь конденсаторы?

  Конденсаторов может быть больше, чем вы думаете! Есть четыре электролитических, похожих на консервные банки, конденсатора емкостью от 47 мкФ до 1000 мкФ. Большой желтый прямоугольник на переднем плане — колпачок из высоковольтной полипропиленовой пленки 0,1 мкФ. Синяя крышка в форме диска и маленькая зеленая посередине — керамические.

  Хранение и подача энергии

  Кажется очевидным, что если конденсатор хранит энергию, то одним из многих его применений будет подача этой энергии в цепь, как у батареи. Проблема в том, что конденсаторы имеют гораздо более низкую плотность энергии , чем батареи; они просто не могут упаковать столько же энергии, сколько химические батареи того же размера (но этот разрыв сокращается!).

  Преимущество конденсаторов в том, что они обычно служат дольше, чем батареи, что делает их более экологичным выбором. Они также способны отдавать энергию намного быстрее, чем батарея, что делает их подходящими для приложений, требующих короткого, но мощного всплеска мощности. Вспышка камеры могла получать питание от конденсатора (который, в свою очередь, вероятно, заряжался от батареи).

  Аккумулятор или конденсатор?
  903 54 Плотность энергии

  	Аккумулятор	Конденсатор
  Емкость	✓
  ✓
  Скорость заряда/разряда		✓
  Срок службы	9035 4 ✓

  Фильтрация сигналов

  Конденсаторы обладают уникальной реакцией на сигналы различной частоты. Они могут блокировать низкочастотные или постоянные компоненты сигнала, пропуская при этом более высокие частоты. Они как вышибала в очень эксклюзивном клубе только для высоких частот.

  Фильтрация сигналов может быть полезна во всех приложениях обработки сигналов. Радиоприемники могут использовать конденсатор (среди других компонентов) для подавления нежелательных частот.

  Другим примером конденсаторной фильтрации сигналов являются пассивные перекрестные схемы внутри динамиков, которые разделяют один аудиосигнал на несколько. Последовательный конденсатор блокирует низкие частоты, поэтому оставшиеся высокочастотные части сигнала могут попасть на твитер динамика. В низкочастотной цепи сабвуфера высокие частоты в основном могут быть шунтированы на землю через параллельный конденсатор.

  Очень простой пример схемы аудиокроссовера. Конденсатор блокирует низкие частоты, а катушка индуктивности блокирует высокие частоты. Каждый из них можно использовать для подачи надлежащего сигнала на настроенные аудиодрайверы.

  Снижение номинального напряжения

  При работе с конденсаторами важно проектировать схемы с конденсаторами, которые имеют гораздо более высокий допуск, чем потенциально самый высокий скачок напряжения в вашей системе.

  Вот отличное видео от инженера SparkFun Шона о том, что происходит с различными типами конденсаторов, когда вы не снижаете номинал своих конденсаторов и превышаете их максимальное напряжение. Подробнее о его экспериментах можно прочитать здесь.

  ---

  Покупка конденсаторов

  Храните на этих небольших компонентах для хранения энергии или заставьте их работать в качестве начального блока питания.

  Наши рекомендации:

  Комплект конденсаторов SparkFun

  В наличии КОМПЛЕКТ-13698
  12
  Избранное Любимый 86
  Список желаний

  Суперконденсатор — 10F/2.

  5V В наличии COM-00746
  3
  Избранное Любимый 33
  Список желаний

  Конденсатор керамический 0,1 мкФ

  В наличии COM-08375
  1
  Избранное Любимый 16
  Список желаний

  Встраиваемая электроника для начинающих — комплект блока питания

  Пенсионер КОМПЛЕКТ-08373
  Пенсионер
  Избранное Любимый 7
  Список желаний

  Хотите узнать больше об основных темах?

  См.