Как можно изменить емкость конденсатора

8

Как можно увеличить емкость конденсатора кратко

Несколько лет назад, после более чем 25 лет работы с этими вещами, я узнал кое-что новое о керамических конденсаторах. Работая над драйвером светодиодной лампы я обнаружил, что постоянная времени RC-цепочки в моей схеме не сильно смахивает на расчётную.

Предположив, что на плату были впаяны не те компоненты, я измерил сопротивление двух резисторов составлявших делитель напряжения — они были весьма точны. Тогда был выпаян конденсатор — он так же был великолепен. Просто чтобы убедиться, я взял новые резисторы и конденсатор, измерил их, и впаял обратно. После этого я включил схему, проверил основные показатели, и ожидал увидеть что моя проблема с RC-цепочкой решена… Если бы.

Я проверял схему в её естественной среде: в корпусе, который в свою очередь сам по себе был зачехлён чтобы имитировать кожух потолочного светильника. Температура компонентов в некоторых местах достигала более чем 100ºC. Для уверенности, и чтобы освежить память я перечитал даташит на используемые конденсаторы. Так началось моё переосмысление керамических конденсаторов.

Справочная информация об основных типах керамических конденсаторов.

Для тех кто этого не помнит (как практически все), в таблице 1 указана маркировка основных типов конденсаторов и её значение. Эта таблица описывает конденсаторы второго и третьего класса. Не вдаваясь глубоко в подробности, конденсаторы первого класса обычно сделаны на диэлектрике типа C0G (NP0).

Таблица 1.

Из описанных выше на моём жизненном пути чаще всего мне попадались конденсаторы типа X5R, X7R и Y5V. Я никогда не использовал конденсаторы типа Y5V из-за их экстремально высокой чувствительности к внешним воздействиям.

Когда производитель конденсаторов разрабатывает новый продукт, он подбирает диэлектрик так, чтобы ёмкость конденсатора изменялась не более определённых пределов в определённом температурном диапазоне. Конденсаторы X7R которые я использую не должны изменять свою ёмкость более чем на ±15% (третий символ) при изменении температуры от -55ºC (первый символ) до +125ºC (второй символ). Так что, либо мне попалась плохая партия, либо что-то ещё происходит в моей схеме.

Не все X7R созданы одинаковыми.

Так как изменение постоянной времени моей RC-цепочки было куда больше, чем это могло быть объяснено температурным коэффициентом ёмкости, мне пришлось копать глубже. Глядя на то, насколько уплыла ёмкость моего конденсатора от приложенного к нему напряжения я был очень удивлён. Результат был очень далёк от того номинала, который был впаян. Я брал конденсатор на 16В для работы в цепи 12В. Даташит говорил, что мои 4,7мкФ превращаются в 1,5мкФ в таких условиях. Это объясняло мою проблему.

Даташит также говорил, что если только увеличить типоразмер с 0805 до 1206, то результирующая ёмкость в тех же условиях будет уже 3,4мкФ! Этот момент требовал более пристального изучения.

Я нашёл, что сайты Murata® и TDK® имеют классные инструменты для построения графиков изменения ёмкости конденсаторов в зависимости от различных условий. Я прогнал через них керамические конденсаторы на 4,7мкФ для разных типоразмеров и номинальных напряжений. На рисунке 1 показаны графики построенные Murata. Были взяты конденсаторы X5R и X7R типоразмеров от 0603 до 1812 на напряжение от 6,3 до 25В.

Рисунок 1. Изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения для выбранных конденсаторов.

Обратите внимание, что во-первых, при увеличении типоразмера уменьшается изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения, и наоборот.

Второй интересный момент состоит в том, что в отличии от типа диэлектрика и типоразмера, номинальное напряжение похоже ни на что не влияет. Я ожидал бы, что конденсатор на 25В под напряжением 12В меньше изменит свою ёмкость, чем конденсатор на 16В под тем же напряжением. Глядя на график для X5R типоразмера 1206 мы видим, что конденсатор на 6,3В на самом деле ведёт себя лучше, чем его родня на большее номинальное напряжение.

Если взять более широкий ряд конденсаторов, то мы увидим, что это поведение характерно для всех керамических конденсаторов в целом.

Третье наблюдение состоит в том, что X7R при том же типоразмере имеет меньшую чувствительность к изменениям напряжения, чем X5R. Не знаю, насколько универсально это правило, но в моём случае это так.

Используя данные графиков, составим таблицу 2, показывающую насколько уменьшится ёмкость конденсаторов X7R при 12В.

Таблица 2. Уменьшение ёмкости конденсаторов X7R разных типоразмеров при напряжении 12В.

Мы видим устойчивое улучшение ситуации по мере роста размера корпуса пока мы не достигнем типоразмера 1210. Дальнейшее увеличение корпуса уже не имеет смысла.

В моём случае я выбрал наименьший возможный типоразмер компонентов, поскольку этот параметр был критичен для моего проекта. В своём невежестве я полагал что любой конденсатор X7R будет так же хорошо работать, как другой с тем же диэлектриком — и был неправ. Чтобы RC-цепочка заработала правильно я должен был взять конденсатор того же номинала, но в большем корпусе.

Выбор правильного конденсатора

Я очень не хотел использовать конденсатор типоразмера 1210. К счастью, я имел возможность увеличить сопротивление резисторов в пять раз, уменьшив при этом ёмкость до 1мкФ. Графики на рисунке 2 показывают поведение различных X7R конденсаторов 1мкФ на 16В в сравнении с их собратьями X7R 4,7мкФ на 16В.

Рисунок 2. Поведение различных конденсаторов на 1мкФ и 4,7мкФ.

Конденсатор 0603 1мкФ ведёт себя так же, как 0805 4,7мкФ. Вместе взятые 0805 и 1206 на 1мкФ чувствуют себя лучше, чем 4,7мкФ типоразмера 1210. Используя конденсатор 1мкФ в корпусе 0805 я мог сохранить требования к размерам компонентов, получив при этом в рабочем режиме 85% от исходной ёмкости, а не 30%, как было ранее.

Это очень важный момент, и я его повторю. Производитель может называть конденсатор X7R (или X5R, или еще как-нибудь) до тех пор, пока он соответствует допускам по температурному коэффициенту ёмкости. Вне зависимости от того, насколько плох его коэффициент по напряжению.

Производители выпускают всё более миниатюрные компоненты, и вынуждены искать компромиссные материалы. Для того чтобы обеспечить необходимые ёмкостно-габаритные показатели, им приходится ухудшать коэффициенты по напряжению. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса.

А как насчёт типа Y5V, который я сразу отбросил? Для контрольного в голову, давайте рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду выделять какого-то конкретного производителя этих конденсаторов — все примерно одинаковы. Выберем 4,7мкФ на 6,3В в корпусе 0603, и посмотрим его параметры при температуре +85ºC и напряжении 5В. Типовая ёмкость на 92,3% ниже номинала, или 0,33мкФ. Это так. Приложив 5В к этому конденсатору мы получаем падение ёмкости в 14 раз по сравнению с номиналом.

При температуре +85ºC и напряжении 0В ёмкость уменьшается на 68,14%, с 4,7мкФ до 1,5мкФ. Можно предположить, что приложив 5В мы получим дальнейшее уменьшение ёмкости — от 0,33мкФ до 0,11мкФ. К счастью, эти эффекты не объединяются. Уменьшение ёмкости под напряжением 5В при комнатной температуре куда хуже, чем при +85ºC.

Для ясности, в данном случае при напряжении 0В ёмкость падает от 4,7мкФ до 1,5мкФ при +85ºC, в то время как при напряжении 5В ёмкость конденсатора увеличивается от 0,33мкФ при комнатной температуре, до 0,39мкФ при +85ºC. Это должно убедить вас действительно тщательно проверять все спецификации тех компонентов, которые вы используете.

Вывод

В результате этого урока я уже не просто указываю типы X7R или X5R коллегам или поставщикам. Вместо этого я указываю конкретные партии конкретных поставщиков, которые я сам проверил. Я также предупреждаю клиентов о том, чтобы они перепроверяли спецификации при рассмотрении альтернативных поставщиков для производства, чтобы гарантировать что они не столкнутся с этими проблемами.

Об авторе

Марк Фортунато провёл большую часть жизни пытаясь сделать так, чтобы эти противные электроны оказались в нужное время в нужном месте. Он работал над различными вещами — от систем распознавания речи и микроволновой аппаратуры, до светодиодных ламп (тех, которые регулируются правильно, заметьте!). Он провёл последние 16 лет помогая клиентам приручить их аналоговые схемы. Г-н Фортунато сейчас является ведущим специалистом подразделения коммуникационных и автомобильных решений Maxim Integrated. Когда он не пасёт электроны, Марк любит тренировать молодёжь, читать публицистику, смотреть как его младший сын играет в лакросс, а старший сын играет музыку. В целом, он стремится жить в гармонии. Марк очень сожалеет, что больше не встретится с Джимом Уильямсом или Бобом Пизом.

Сноски

Подскажите, пожалуйста, как увеличить емкость конденсатора, если не изменять его размеры?

Для того чтобы ответить на вопрос: как увеличить емкость конденсатора, давайте посмотрим на формулы, определяющие емкости трех типов основных простых конденсаторов. Емкость ( ) плоского конденсатора вычисляют как:

где — площадь обкладок конденсатора, — расстояние между пластинами конденсатора.
Емкость цилиндрического конденсатора можно сосчитать, применяя формулу:

где — радиус внутреннего цилиндра; — радиус внешнего цилиндра.
Емкость сферического конденсатора определена выражением:

где и — радиусы внутренней и внешней сфер, соответственно.
Рассматривая приведенные выше формулы расчета емкости конденсаторов, очевидно, что если не изменять геометрических размеров конденсатора, то его емкость можно увеличить, применяя диэлектрик с наибольшей диэлектрической проницаемостью (подробнее можно прочитать в ответе на вопрос: Как диэлектрик влияет на электрическое поле?). Поэтому применение в качестве диэлектрической прослойки сегнетоэлектриков существенно увеличивает электрическую емкость конденсатора.
Помимо этого для увеличения емкости используют параллельные соединения конденсаторов. При таком соединении обкладки с зарядами одинаковых знаков соединяют между собой. Суммарная емкость параллельного соединения конденсаторов вычисляется как:

где — емкость конденсатора с номером . Так, емкость плоского конденсатора, имеющего — одинаковых пластин в раз больше, чем емкость плоского конденсатора с такими же геометрическими параметрами, но с двумя пластинами. Ее можно рассчитать как:

Ёмкость плоского конденсатора:

Таким образом, чтобы ёмкость изменилась нужно изменить либо площадь пластин, либо расстояние между ними, либо диэлектрическую проницаемость среды между обкладками.

для увеличения емкости плоского конденсатора нужно увеличить площадь его пластин S, уменьшить расстояние между ними в качестве диэлектрика применить материал с боль­шой относительной электрической проницаемостью (ε).

Конденсаторы, емкость которых изменять нельзя, называются конденсаторами постоянной емкости.

Наиболее распространенные в настоящее время конденсаторы постоянной емкости состоят из очень тонких металлических листов (алюми­ниевая фольга) с парафинированной бумажной или слюдяной прослойкой между ними.

Для увеличения емкости (увеличения пло­щади пластин конденсатора) чаще всего берут по нескольку станиолевых листов и соединяют их в две группы, входящие одна в другую и разделенные диэлектриком. Иногда также берут две длинные станиолевые пластины, прокладывают между ними и снаружи парафинированную бумагу и затем свертывают все в компактный пакет или в трубку. Конденсаторы большой ем­кости во многих случаях помещают в металлическую коробку и заливают парафином

Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько медных или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. Между подвижными и неподвиж­ными полудисками имеется воздушный зазор или расположены электрически и укрепленных неподвижно.

Плоский конденсатор представляет собой две плоские пластины, расстояние между которыми d мало по сравнению с их линейными размерами. Это позволяет пренебречь малыми областями неоднородности электрического поля у краев пластин и считать, что все поле однородно и сосредоточено между пластинами. Заряд конденсатора Q — это заряд положительно заряженной пластины.

Емкость плоского конденсатора С:

S — площадь каждой обкладки или меньшей из них, d — расстояние между обкладками, eо — электрическая постоянная, e — относительная диэлектрическая проницаемость вещества, находящегося между обкладками. Заполнение пространства между пластинами диэлектриком увеличивает емкость в e раз.

Энергия, запасенная заряженным до постоянного напряжения U плоским электрическим конденсатором, равна:

В данной статье приведены различные схемы соединения конденсаторов, а так же формулы их расчета с примером.

Последовательное соединение конденсаторов

Если условно разделить выводы каждого из конденсаторов на первый и второй выводы последовательное соединение конденсаторов будет выполняется следующим образом: второй вывод первого конденсатора соединяется с первым выводом второго конденсатора, второй вывод второго конденсатора, соединяется с первым выводом третьего и так далее. Таким образом мы получим группу (блок) последовательно соединенных конденсаторов с двумя свободными выводами — первым выводом первого конденсатора в блоке и вторым выводом последнего конденсатора, через которые данный конденсаторный блок и подключается в электрическую цепь.

Схема последовательного соединения конденсаторов будет иметь следующий вид:

Фактически последовательное соединение конденсаторов имеет следующий вид:

При данной схеме соединения заряды на конденсаторах будут одинаковы:

где: Q₁, Q₂, Q₃ — соответственно заряд на первом, втором, третьем и т.д. конденсаторах

Напряжение на каждом конденсаторе при такой схеме зависит от его емкости:

• U ₁, U₂, U₃ — соответственно напряжение на первом, втором, третьем конденсаторах
• C ₁, C₂, C₃ — соответственно емкости первого, второго, третьего конденсаторов

При этом общее напряжение составит:

Рассчитать общую емкость конденсаторов при последовательном соединении можно по следующим формулам:

• При последовательном соединении двух конденсаторов:

• При последовательном соединении трех и более конденсаторов:

Параллельное соединение конденсаторов

Если условно разделить выводы каждого из конденсаторов на первый и второй выводы параллельное соединение конденсаторов будет выполняется следующим образом: первые выводы всех конденсаторов соединяются в одну общую точку (условно — точка №1) вторые выводы всех конденсаторов соединяются в другую общую точку (условно — точка №2). В результате получается группа (блок) параллельно соединенных конденсаторов подключение которой к электрической цепи производится через условные точки №1 и №2.

Схема параллельного соединения конденсаторов будет иметь следующий вид:

Таким образом параллельное соединение конденсаторов будет иметь следующий вид:

При данной схеме напряжение на всех конденсаторах будет одинаково:

Заряд же на каждом из конденсаторов будет зависеть от его емкости:

При этом общий заряд цепи будет равен сумме зарядов всех параллельно подключенных конденсаторов:

Рассчитать общую емкость конденсаторов при параллельном соединении можно по следующей формуле:

Смешанное соединение конденсаторов

Схема в которой присутствует две и более группы (блока) конденсаторов с различными схемами соединения называется схемой смешанного соединения конденсаторов.

Приведем пример такой схемы:

Для расчетов такие схемы условно разделяются на группы одинаково соединенных конденсаторов, после чего расчеты ведутся для каждой группы по формулам приведенным выше.

Для наглядности приведем пример расчета общей емкости данной схемы.

Пример расчета

Условно разделив схему на группы получим следующее:

Как видно из схемы на первом этапе мы выделили 3 группы (блока) конденсаторов, при этом конденсаторы в первой и второй группе соединены последовательно, а конденсаторы в третьей группе — параллельно.

Произведем расчет каждой группы:

• Группа 1 — последовательное соединение трех конденсаторов:

• Группа 2 — последовательное соединение двух конденсаторов:

• Группа 3 — параллельное соединение трех конденсаторов:

В результате расчета схема упрощается:

Как видно в упрощенной схеме осталась еще одна группа из двух параллельно соединенных конденсаторов, произведем расчет ее емкости:

• Группа 4 — параллельное соединение двух групп конденсаторов:

В конечном итоге получаем простую схему из двух последовательно соединенных групп конденсаторов:

Теперь можно определить общую емкость схемы:

Была ли Вам полезна данная статья? Или может быть у Вас остались вопросы? Пишите в комментариях!

Не нашли на сайте статьи на интересующую Вас тему касающуюся электрики? Напишите нам здесь. Мы обязательно Вам ответим.

Изменение ёмкости керамических конденсаторов от температуры и напряжения, или как ваш конденсатор на 4,7мкФ превращается в 0,33мкФ

Несколько лет назад, после более чем 25 лет работы с этими вещами, я узнал кое-что новое о керамических конденсаторах. Работая над драйвером светодиодной лампы я обнаружил, что постоянная времени RC-цепочки в моей схеме не сильно смахивает на расчётную.

Предположив, что на плату были впаяны не те компоненты, я измерил сопротивление двух резисторов составлявших делитель напряжения — они были весьма точны. Тогда был выпаян конденсатор — он так же был великолепен. Просто чтобы убедиться, я взял новые резисторы и конденсатор, измерил их, и впаял обратно. После этого я включил схему, проверил основные показатели, и ожидал увидеть что моя проблема с RC-цепочкой решена… Если бы.

Я проверял схему в её естественной среде: в корпусе, который в свою очередь сам по себе был зачехлён чтобы имитировать кожух потолочного светильника. Температура компонентов в некоторых местах достигала более чем 100ºC. Для уверенности, и чтобы освежить память я перечитал даташит на используемые конденсаторы. Так началось моё переосмысление керамических конденсаторов.

Справочная информация об основных типах керамических конденсаторов.

Для тех кто этого не помнит (как практически все), в таблице 1 указана маркировка основных типов конденсаторов и её значение. Эта таблица описывает конденсаторы второго и третьего класса. Не вдаваясь глубоко в подробности, конденсаторы первого класса обычно сделаны на диэлектрике типа C0G (NP0).

Таблица 1.

Из описанных выше на моём жизненном пути чаще всего мне попадались конденсаторы типа X5R, X7R и Y5V. Я никогда не использовал конденсаторы типа Y5V из-за их экстремально высокой чувствительности к внешним воздействиям.

Когда производитель конденсаторов разрабатывает новый продукт, он подбирает диэлектрик так, чтобы ёмкость конденсатора изменялась не более определённых пределов в определённом температурном диапазоне. Конденсаторы X7R которые я использую не должны изменять свою ёмкость более чем на ±15% (третий символ) при изменении температуры от -55ºC (первый символ) до +125ºC (второй символ). Так что, либо мне попалась плохая партия, либо что-то ещё происходит в моей схеме.

Не все X7R созданы одинаковыми.

Так как изменение постоянной времени моей RC-цепочки было куда больше, чем это могло быть объяснено температурным коэффициентом ёмкости, мне пришлось копать глубже. Глядя на то, насколько уплыла ёмкость моего конденсатора от приложенного к нему напряжения я был очень удивлён. Результат был очень далёк от того номинала, который был впаян. Я брал конденсатор на 16В для работы в цепи 12В. Даташит говорил, что мои 4,7мкФ превращаются в 1,5мкФ в таких условиях. Это объясняло мою проблему.

Даташит также говорил, что если только увеличить типоразмер с 0805 до 1206, то результирующая ёмкость в тех же условиях будет уже 3,4мкФ! Этот момент требовал более пристального изучения.

Я нашёл, что сайты Murata® и TDK® имеют классные инструменты для построения графиков изменения ёмкости конденсаторов в зависимости от различных условий. Я прогнал через них керамические конденсаторы на 4,7мкФ для разных типоразмеров и номинальных напряжений. На рисунке 1 показаны графики построенные Murata. Были взяты конденсаторы X5R и X7R типоразмеров от 0603 до 1812 на напряжение от 6,3 до 25В.

Рисунок 1. Изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения для выбранных конденсаторов.

Обратите внимание, что во-первых, при увеличении типоразмера уменьшается изменение ёмкости в зависимости от приложенного напряжения, и наоборот.

Второй интересный момент состоит в том, что в отличии от типа диэлектрика и типоразмера, номинальное напряжение похоже ни на что не влияет. Я ожидал бы, что конденсатор на 25В под напряжением 12В меньше изменит свою ёмкость, чем конденсатор на 16В под тем же напряжением. Глядя на график для X5R типоразмера 1206 мы видим, что конденсатор на 6,3В на самом деле ведёт себя лучше, чем его родня на большее номинальное напряжение.

Если взять более широкий ряд конденсаторов, то мы увидим, что это поведение характерно для всех керамических конденсаторов в целом.

Третье наблюдение состоит в том, что X7R при том же типоразмере имеет меньшую чувствительность к изменениям напряжения, чем X5R. Не знаю, насколько универсально это правило, но в моём случае это так.

Используя данные графиков, составим таблицу 2, показывающую насколько уменьшится ёмкость конденсаторов X7R при 12В.

Таблица 2. Уменьшение ёмкости конденсаторов X7R разных типоразмеров при напряжении 12В.

Мы видим устойчивое улучшение ситуации по мере роста размера корпуса пока мы не достигнем типоразмера 1210. Дальнейшее увеличение корпуса уже не имеет смысла.

В моём случае я выбрал наименьший возможный типоразмер компонентов, поскольку этот параметр был критичен для моего проекта. В своём невежестве я полагал что любой конденсатор X7R будет так же хорошо работать, как другой с тем же диэлектриком — и был неправ. Чтобы RC-цепочка заработала правильно я должен был взять конденсатор того же номинала, но в большем корпусе.

Выбор правильного конденсатора

Я очень не хотел использовать конденсатор типоразмера 1210. К счастью, я имел возможность увеличить сопротивление резисторов в пять раз, уменьшив при этом ёмкость до 1мкФ. Графики на рисунке 2 показывают поведение различных X7R конденсаторов 1мкФ на 16В в сравнении с их собратьями X7R 4,7мкФ на 16В.

Рисунок 2. Поведение различных конденсаторов на 1мкФ и 4,7мкФ.

Конденсатор 0603 1мкФ ведёт себя так же, как 0805 4,7мкФ. Вместе взятые 0805 и 1206 на 1мкФ чувствуют себя лучше, чем 4,7мкФ типоразмера 1210. Используя конденсатор 1мкФ в корпусе 0805 я мог сохранить требования к размерам компонентов, получив при этом в рабочем режиме 85% от исходной ёмкости, а не 30%, как было ранее.

Но это ещё не всё. Я был изрядно озадачен, ибо считал что все конденсаторы X7R должны иметь сходные коэффициенты изменения ёмкости от напряжения, поскольку все выполены на одном и том же диэлектрике — а именно X7R. Я связался с коллегой — специалистом по керамическим конденсаторам 1 . Он пояснил, что есть много материалов, которые квалифицируются как «X7R». На самом деле, любой материал который позволяет компоненту функционировать в температурном диапазоне от -55ºC до +125ºC с изменением характеристик не более чем на ±15% можно назвать «X7R». Так же он сказал, что нет каких-либо спецификаций на коэффициент изменения ёмкости от напряжения ни для X7R, ни для каких-либо других типов.

Это очень важный момент, и я его повторю. Производитель может называть конденсатор X7R (или X5R, или еще как-нибудь) до тех пор, пока он соответствует допускам по температурному коэффициенту ёмкости. Вне зависимости от того, насколько плох его коэффициент по напряжению.

Для инженера-разработчика этот факт только освежает старую шутку — «любой опытный инженер знает: читай даташит!»

Производители выпускают всё более миниатюрные компоненты, и вынуждены искать компромиссные материалы. Для того чтобы обеспечить необходимые ёмкостно-габаритные показатели, им приходится ухудшать коэффициенты по напряжению. Конечно, более авторитетные производители делают все возможное, чтобы свести к минимуму неблагоприятные последствия этого компромисса.

А как насчёт типа Y5V, который я сразу отбросил? Для контрольного в голову, давайте рассмотрим обычный конденсатор Y5V. Я не буду выделять какого-то конкретного производителя этих конденсаторов — все примерно одинаковы. Выберем 4,7мкФ на 6,3В в корпусе 0603, и посмотрим его параметры при температуре +85ºC и напряжении 5В. Типовая ёмкость на 92,3% ниже номинала, или 0,33мкФ. Это так. Приложив 5В к этому конденсатору мы получаем падение ёмкости в 14 раз по сравнению с номиналом.

При температуре +85ºC и напряжении 0В ёмкость уменьшается на 68,14%, с 4,7мкФ до 1,5мкФ. Можно предположить, что приложив 5В мы получим дальнейшее уменьшение ёмкости — от 0,33мкФ до 0,11мкФ. К счастью, эти эффекты не объединяются. Уменьшение ёмкости под напряжением 5В при комнатной температуре куда хуже, чем при +85ºC.

Для ясности, в данном случае при напряжении 0В ёмкость падает от 4,7мкФ до 1,5мкФ при +85ºC, в то время как при напряжении 5В ёмкость конденсатора увеличивается от 0,33мкФ при комнатной температуре, до 0,39мкФ при +85ºC. Это должно убедить вас действительно тщательно проверять все спецификации тех компонентов, которые вы используете.

Вывод

В результате этого урока я уже не просто указываю типы X7R или X5R коллегам или поставщикам. Вместо этого я указываю конкретные партии конкретных поставщиков, которые я сам проверил. Я также предупреждаю клиентов о том, чтобы они перепроверяли спецификации при рассмотрении альтернативных поставщиков для производства, чтобы гарантировать что они не столкнутся с этими проблемами.

Главный вывод из всей этой истории, как вы наверное догадались, это: «читайте даташиты!». Всегда. Без исключений. Запросите дополнительные данные, если даташит не содержит достаточной информации. Помните, что обозначения керамических конденсаторов X7V, Y5V и т.д. совершенно ничего не говорят о их коэффициентах по напряжению. Инженеры должны перепроверять данные чтобы знать, реально знать о том, как используемые конденсаторы будут вести себя в реальных условиях. В общем, имейте в виду, в нашей безумной гонке за меньшими и меньшими габаритами это становится всё более важным моментом каждый день.

Об авторе

Марк Фортунато провёл большую часть жизни пытаясь сделать так, чтобы эти противные электроны оказались в нужное время в нужном месте. Он работал над различными вещами — от систем распознавания речи и микроволновой аппаратуры, до светодиодных ламп (тех, которые регулируются правильно, заметьте!). Он провёл последние 16 лет помогая клиентам приручить их аналоговые схемы. Г-н Фортунато сейчас является ведущим специалистом подразделения коммуникационных и автомобильных решений Maxim Integrated. Когда он не пасёт электроны, Марк любит тренировать молодёжь, читать публицистику, смотреть как его младший сын играет в лакросс, а старший сын играет музыку. В целом, он стремится жить в гармонии. Марк очень сожалеет, что больше не встретится с Джимом Уильямсом или Бобом Пизом.

Сноски

1 Автор хотел бы поблагодарить Криса Буркетта, инженера по применению из TDK за его объяснения «что здесь, чёрт возьми, происходит».

Murata является зарегистрированной торговой маркой компании Murata Manufacturing Co., Ltd.

Электролитический конденсатор 100мкф х 160в как можно изменить его емкость до 50мкф

Нужно ли изменять емкость конденсаторов чтобы при неизменном напряжении между его пластинами заряд увеличился?

Поскольку C=q/U (емкость конденсатора прямо пропорциональна заряду и обратно пропорциональна напряжению), то при постоянном напряжении при увеличении заряда во столько же раз должна повыситься и емкость конденсатора.

Другие интересные вопросы и ответы

Электролитический конденсатор 100мкФ х 160В. Как можно изменить его ёмкость до 50мкФ ?

Насколько сильно может ударить статическое электричество, выработанное в бытовых условиях?

Человек каждый день сталкивается со статическим электричеством: прикасаясь к какому-либо предмету, мы иногда получаем небольшой удар током. Это неприятно, а иногда и больно. Наверняка, в эти моменты вы думаете, а может ли заряд быть настолько большим, чтобы последствия удара стали трагическими?

Чтобы убить человека, необходим заряд около 1400 мДж. Те заряды, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, несут от 1 до 30 мДж. Они могут возникнуть, например, при причесывании волос, когда атомы одного вещества из-за сильного притяжения перетягивают электроны с атомов другого вещества. Расческа получает отрицательный заряд, а волосы положительный, поэтому и начинают разлетаться в разные стороны (ведь одноименные заряды отталкиваются друг от друга). Когда мы дотрагиваемся до какого-нибудь предмета, мы отдаем ему лишний заряд, накопленный расчесыванием, из-за чего и возникает статическое электричество.

Удар статическим током можно получить даже от любимой кошки, но до сих пор не было зарегистрировано, чтобы домашние питомцы убивали своих хозяев током, да в целом риск смерти от прямого поражения бытовым статическим электричеством сводится к нулю. Даже если сесть в автомобиль и ездить с высокой скоростью, накапливая заряд, он вряд ли превысит хотя бы четверть смертельной дозы. Удар электричеством будет очень неприятным, но угрожать вашей жизни ничего не будет.

Но не стоит думать, что статическое электричество не несет никакой опасности. Возникающие искры могут стать причиной возгорания легковоспламеняющихся веществ. Случаев, когда от пожаров, вызванных статическим электричеством, гибли люди – огромное количество. Но даже если в помещении нет взрывоопасных веществ, рефлекторное сокращение мышц может стать причиной травмы.

Даниил Бойко 12

Как рассчитать гасящий конденсатор?

Как понизить переменное напряжение конденсатором, как его рассчитать?

Один – сделать ёмкостной делитель. Он рассчитывается так же, как и резистивный делитель (с учётом того, что падение напряжения на конденсаторе ОБРАТНО пропорционально его ёмкости). Второй – поставить гасящий конденсатор последовательно с нагрузкой. Ёмкость рассчитывается исходя из закона Ома для цепи переменного тока.

Но это всё имеет смысл только при сравнительно небольших токах. Если вот такая лампочка, то ток потребления у неё почти 3 ампера (100/36). И чтоб на частоте 50 Гц погасить 175 вольт при ВОТ ТАКОМ токе, нужна довольно большая ёмкость – 50 мкФ (при использовании делителя ёмкости потребуются ещё большего номинала). Причём электролитический конденсатор тут использовать нельзя – ёмкость должна работать на переменном напряжении! Значит – бумажные. А это очень громоздко.

Так что “идите как все, по камушкам”. Поставьте трансформатор.

Основы автоэлектрики. Часть5. Электрическая ёмкость и конденсаторы

Сегодня мы коснёмся темы накопителей заряда, именуемых конденсаторами.

Конденсатор — пассивный электронный компонент, состоящий из двух полюсов, накапливающий заряд.

Электрическая ёмкость — это отношение электрического заряда к разности потенциалов между полюсами конденсатора (или иного другого электронного компонента). Единица измерения — Фарад и его производные (пикоФарад, наноФарад, микроФарад). Обозначается ёмкость латинской буквой С.

Мы уже обсуждали, что ток — это есть скорость перемещения заряда, а напряжение — это разность потенциалов. Мы всегда удобно проводить некие параллели, поэтому напряжение ассоциируется с разницей давления в жидкости или газе, а ток — с объёмной скоростью жидкости или газа. Поэтому конденсатор можно представить себе как некий сосуд, который наполняют жидкостью или газом давлением, которое выше чем в сосуде. Наполнение сосуда будет происходить до тех пор, пока давление подачи не уровняется с давлением в сосуде. Так и работает конденсатор: по мере наполнения зарядом растет напряжение. Чем ближе будет напряжение в конденсаторе к напряжению заряжающего источника, тем меньше будет скорость заряда. Это аналогично тому, как наполняется сосуд. Если мы заполнили сосуд, затем открыли кран у него — ток начинает утекать, тем самым снижая количество заряда и понижая напряжение.

Если рассматривать провод или резистор как трубу, а конденсатор — как сосуд, многое становится понятно на интуитивном уровне. Ну, и проще понять реактивные сопротивления, о которых мы говорили ранее. Но надо понимать, что сосуд — это сосуд, а конденсатор — это конденсатор=)

Итак, в простейшем виде конденсатор представляет собой две параллельные пластины, между которыми находится некий диэлектрик. Самый простой диэлектрик — это воздух. Конечно, сегодня воздушные конденсаторы уже и не встретить, но я ещё несколько лет назад использовал переменный воздушный конденсатор для сборки радиоприёмника=) Правда, в этом конденсаторе пластин было гораздо больше двух, и выглядел примерно вот так:

Вращая ручку, можно было изменять значение электрической ёмкости.

На, а вот так обычно представляют простейший конденсатор:

В случае такого конденсатора ёмкость вычисляется следующим образом:

Сегодня конденсаторов огромное множество. Наиболее популярные — керамические, электролитические и танталовые. Отличие последних двух в том, что они полярны, и крайне не рекомендую включать их в схему обратной полярностью=)

Основными параметрами конденсатора являются:
— Электрическая ёмкость,
— Максимально допустимое напряжение на его обкладках (немаловажный параметр, при подачи бОльшего напряжения можно увидеть много весёлых, но крайне не безопасных эффектов:-), особенно на конденсаторах большой ёмкости),
— Полярность (т.е. полярный или неполярный),
— Допустимые отклонения от номинального значения ёмкости (обычно в процентах),
— Диапазон рабочих температур,
— Тип корпуса.

Полярность, допустимые отклонения и диапазон температур напрямую зависят от применяемого диэлектрика. Как правило, конденсаторы большой ёмкости — электролитические, т.е. в качестве диэлектрика — электролит. А электролитические конденсаторы по физике процессов сильно напоминают всем знакомые свинцово-кислотные аккумуляторы и аналогично им имеют полярность, что приводит к некоторым ограничениям. Кроме того, они имеют свойство высыхать. И именно они являются частой причиной выхода из строя бытовой и промышленной электроники, в результате чего страдают и иные компоненты. Выглядят электролитические конденсаторы так:

Танталовые конденсаторы были некогда призваны заменить электролитические, но и те имеют ряд ограничений и так и не достигли приличных ёмкостей. Кроме того, взрываются они не менее весело=) Выглядят они вот так:

Спешу обрадовать, что развитие электроники не стоит на месте и сегодня вполне можно приобрести обычные керамические конденсаторы с ёмкостью, сравнимой с танталовыми, а некоторые достигают ёмкости 330 мкФ при допустимом напряжении в 4 В. И это всё в малом чип-корпусе 1206!
Кстати, размеры основных корпусов чип-конденсаторов:

Ну, и не все конденсаторы в чипах, поэтому существуют и выводные конденсаторы:

Причина такому прорыву — отличный диэлектрик под кодовым названием X5R. 330 мкФ при 4В — не густо конечно. Но на большие напряжения ёмкости также достигли впечатляющих значений — на те же 16В найти 100 мкФ не проблема, на 25 В — на 22 мкФ, на 35-50 В пока не больше 10 мкФ. Тем не менее, во многих и многих приложениях электроники появляется возможность отказаться от электролитов и танталов.

Вернемся к основным свойствам. Если рассматривать глубже, то параметров конденсаторов гораздо больше:
— Температурная зависимость параметров,
— Входное сопротивление (ESR),
— Внутреннее сопротивление,
— Время наработки на отказ (очень интересный параметр, которому реально посвятить целую статью),
— многие другие.

Расписывать здесь все детали не вижу смысла, так эти параметры важны тем, кто глубоко занимается электроникой. Тем не менее счел важным упомянуть о них. Кому захочется капнуть — можно порыться в сети.

Помимо указанных выше конденсаторов следует немного сказать о плёночных конденсаторах. Выглядят они вот так:

Их основное отличие от предыдущих — это поражающая надежность и способность работать в силовых цепях, особенно в цепях с высоким напряжением.

Наверное, сегодня краткого обзора будет достаточно. О применении конденсаторов поговорим в следующих статьях.

В прошлой статье писал, но и здесь напомню, что конденсаторы на схемах обозначаются так:

На сим всё;)
Продолжение следует=)
___________________________________________________________________________

Как проверить конденсатор мультиметром

Одной из самых распространённых причин неисправности электронной техники, это выход из строя конденсатора. Любая электроника, бытовая техника и цифровые процессоры все имеют в своем оборудовании конденсаторы и достаточно одной незначительной неисправности конденсатора, что бы весь механизм прекратил выполнять свои функции.

Как проверить конденсатор мультиметром

Я рад снова видеть все вас на страницах сайта «Электрик в доме». Сегодня мы познакомимся и изучим одну из самых используемых деталей в электронике – конденсатор. История создания первого конденсатора относит нас назад в 1745 год («лейденская банка»).

В наше время, в век технологий нас со всех сторон окружает электротехнические машины и оборудование. Вы конечно хорошо знакомы с конденсатором и если не сталкивались технически, то слышали о нем однозначно.

Одной из самых распространённых причин неисправности электронной техники, это выход из строя конденсатора. Любая электроника, бытовая техника и цифровые процессоры все имеют в своем оборудовании конденсаторы и достаточно одной незначительной неисправности конденсатора, что бы весь механизм прекратил выполнять свои функции.

Вот почему, в случае неисправности оборудования, первым делом необходимо обратить ваше внимание на работоспособность в схеме конденсаторов. И сделать это можно только при помощи электронного прибора, так как визуально определить состояние невозможно, если нет внешних повреждений.

Для этих целей и предназначен недорогой прибор мультиметр, выполняющий многие функции. Об одной из них — проверки сопротивления, я уже знакомил вас в своей предыдущей статье. Этот же материал предназначен для изучения методики проверки конденсатора мультиметром.

С этой проблемой ко мне обратился один из моих подписчиков. Следуя уже своей традиции, я как всегда, буду излагать материал просто и доступно для легко понимания всем желающим.

Проверка конденсатора мультиметром

Для лучшего усвоения материала, начнем с небольшой теории:

• Устройство и принцип работы мультиметра;
• Виды и особенности конденсаторов.

Устройство (прибор) предназначенное для накопления электрического заряда – это основное определение конденсатора. Конструктивно он состоит из определенного корпуса, внутри которого расположены две параллельные металлические пластины. Между пластинами установлена прокладка (диэлектрик). Площадь пластин напрямую влияет на величину электрического заряда. Чем больше площадь пластин, тем больше величина накопленного заряда.

Конденсаторы могут быть двух видов: полярными и неполярными.

Конденсаторы полярные.

Определить какой вид конденсаторов достаточно не сложно, уже название вам дает подсказку, что «полярные» должны иметь полярность, то есть иметь (+ плюс) и (- минус). Их подключение в электросхему строго регламентировано в соответствие полярности. Плюс подключается к плюсу, минус к минусу. При нарушении этого правила — конденсатор не будет работать, а вместе с ним и вся схема.

Все полярные конденсаторы заполнены электролитом (твердым или жидким), поэтому их классифицируют как электролитические. Их физические параметры (емкость) находится в следующих параметрах 0.1 ÷ 100000 мкФ.

Конденсаторы неполярные

Неполярные конденсаторы, как вы уже поняли, не имеют полярности и не требуют строгого соблюдения условий подключений. У них нет ни плюса, ни минуса. Роль диэлектрика у них могут выполнять: бумага, стекло, керамика и слюда. Их физические параметры (емкость) незначительна и находится в следующем диапазоне (от нескольких микрофарад до нескольких пикофарад).

Забегая вперед, сразу хочу ответить на ваши вопросы, зачем нам с вами необходимо знать эти технические тонкости. Это очень важно, так как к каждому типу конденсаторов применима своя методика проверки мультиметром. И пред началом проверки, мы должны первым делом, установить тип конденсатора. Это очень важный момент. Прошу вас обратить на это внимание!

Как проверить конденсатор с помощью приборов

Любую проверку конденсаторов необходимо начинать с внешнего осмотра, на наличие внешних признаков повреждений корпуса (трещин, вздутия). Достаточно часто происходит повреждение электролита, что приводит к повышению давления на внутреннюю поверхность оболочки и последующее ее вздутие.

После того как визуальный осмотр окончен и мы не установили внешних повреждений конденсатора, необходимо продолжить проверку специальным прибором, в нашем случае мультиметром. Этот простейший прибор поможет нам установить емкость конденсатора и обрывы внутри.

Перед проверкой незабываем, установить тип конденсатора, более подробно об этом написано выше. Продолжаем процесс проверки с соблюдением полярности, для этого подключаем плюсовой щуп к плюсовому контакту конденсатора и соответственно минусовой щуп к контакту минус.

Проверяя неполярный конденсатор, подключение мультиметра проводим произвольно без соблюдения правила полярности. Единственное, что здесь необходимо выполнить, это выставить переключатель мультиметра на отметку 2 Мом. Это важно, так как при меньшем значении дисплей прибора отобразит — «1» (единицу), что укажет на неисправность конденсатора.

Проверяем конденсатор мультиметром в режиме омметра

Для примера мы свами выполним проверку четырех конденсаторов: два полярных (диэлектрических) и два неполярных (керамических).

Но перед проверкой мы должны обязательно разрядить конденсатор , при этом достаточно замкнуть его контакты при помощи любого металла.

Для того чтобы перейти в режим (омметра) сопротивления, мы перемещаем переключатель в группу измерения сопротивления, для того чтобы установить наличие обрыва или короткого замыкания.

Итак, первым делом проверим полярные кондиционеры (5.6 мкФ и 3.3 мкФ), установленных ранее у неработающих энергосберегающих лампочек

Разряжаем конденсаторы путем замыкания их контактов обычной отверткой. Вы можете использовать, удобный для вас, любой другой металлический предмет. Главное чтобы к нему плотно прилегали контакты. Это позволит нам получить точные показания прибора.

Следующим шагом выставляем переключатель на шкалу 2 МОм и соединяем контакты конденсатора и щупы прибора. Далее наблюдаем на дисплее быстро увиливающие параметры сопротивления.

Вы спросите меня, в чем дело и почему на дисплее мы наблюдаем «плавающие показатели» сопротивления? Это объяснить довольно просто, поскольку питание прибора (батарейка) имеет постоянное напряжение и за счет этого происходит зарядка конденсатора.

С течением времени конденсатор все больше и больше накапливает заряд (заряжается), тем самым увеличивая сопротивление. Емкость конденсатора влияет на скорость зарядки. Как только конденсатор получит полную зарядку, значение его сопротивления будет соответствовать значению бесконечности, а мультиметр на дисплее покажет «1». Это параметры рабочего конденсатора.

Нет возможности показать картинку на фотографии. Так для следующего экземпляра емкостью 5.6 мкФ, показатели сопротивления начинаются с 200 кОм и плавно возрастают до тех пор, пока не преодолеют показатель 2 МОм. Эта процедура не занимает более -10 сек.

Для следующего конденсатора емкостью 3.3 мкФ происходит все аналогично, но время процесса занимает менее — 5 сек.

Проверить следующую пару неполярных конденсаторов можно точно также по аналогии с предыдущими конденсаторами. Соединяем щупы прибора и контакты, следим за состоянием сопротивления на дисплее прибора.

Рассмотрим первый «150nК». Вначале его сопротивление несколько снизится примерно до 900 кОм, затем следует его плавное увеличение до определенной отметки. Время процесса занимает — 30 сек.

При этом на мультиметре модели МБГО переключатель устанавливаем на шкалу 20 МОм (сопротивление приличное, очень быстро идет зарядка)

Процедура классическая, снимаем заряд при помощи замыкания контактов отверткой:

Смотрим на дисплей, отслеживая показатели сопротивления:

Делаем вывод, что в результате проверки все представленные конденсаторы исправны.

Как проверить емкость конденсатора

Главный показатель, основная характеристика всех конденсаторов — это «емкость». Измеряя эту характеристику и сравнивая ее с указанными параметрами на корпусе, мы сможем выяснить, исправен кондиционер или нет. Есть приборы, которые легко позволят вам выполнить эту проверку.

Но можно ли проверить емкость конденсатора, как в нашем случае, мультиметром . Если вы будет проверять емкость при помощи щупов, вы не получите желаемого результата. Как же быть?

В этом нам помогут разъемы «гнезда» -CX+(«-» и «+» — это полярность подключения)

Для этого примера мы будем использовать кондер «150нФ». Маркировка 150nK:

Устанавливаем переключатель на отметку – ближайшее большее значение. В нашем случае это 200 нФ. Следующим шагом вставляем ножки конденсатора в разъемы -CX+. (не обращаем внимание на полярность, наш кондер неполярный). Дисплей показывает значение емкости– 160.3 нФ, что совпадает с номинальными показателями.

Продолжаем проверку конденсатора с емкостью 4700 пФ. Устанавливаем переключатель на шкале в положение 20 n.

Теперь вставляем ножки в разъёмы прибора и наблюдаем на дисплее параметры 4750 пФ. Вы это можете увидеть на фото. Параметры точно соответствуют параметрам заявленным производителем.

Запомните, если показатели сильно отличаются от номинальных параметров или вообще равны нулю, это говорит нам, что конденсатор не рабочий и его необходимо заменить.

Как проверить конденсатор при помощи прибора ESR-METR

Недавно я приобрел ESR-METR и я решил выполнить им ту же самую проверку.

Методика проверки очень проста. Прибор необходимо откалибровать, в моем случае в комплекте идет специальная перемычка, при помощи которой замыкается нужная группа контактов на колодке 1-4. Нажимаем кнопку и прибор автоматический калибруется, сообщив нам об этом на своем экране. После калибровки не забываем разрядить конденсатор и подключаем его к нужным нам разъемам. и производим измерение.

Каждый конденсатор обладает и паразитными свойствами, например сопротивлением. Из фото видно, что емкость конденсатора соответствует заявленным характеристикам, а также присутствует паразитное последовательное сопротивление номиналом 1.2 Ом, из за этого потери на данном конденсаторе составляют 0,5%.

В нашем случает этот показатель великоват, что говорит о высыхании конденсатора, устанавливать его в схему не рекомендуется.

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

что нужно сделать, чтобы изменить ёмкость плоского конденсатора?

Ёмкость плоского конденсатора:

Таким образом, чтобы ёмкость изменилась нужно изменить либо площадь пластин, либо расстояние между ними, либо диэлектрическую проницаемость среды между обкладками.

для увеличения емкости плоского конденсатора нужно увеличить площадь его пластин S, уменьшить расстояние между ними в качестве диэлектрика применить материал с боль­шой относительной электрической проницаемостью (ε).

Конденсаторы, емкость которых изменять нельзя, называются конденсаторами постоянной емкости.

Наиболее распространенные в настоящее время конденсаторы постоянной емкости состоят из очень тонких металлических листов (алюми­ниевая фольга) с парафинированной бумажной или слюдяной прослойкой между ними.

Для увеличения емкости (увеличения пло­щади пластин конденсатора) чаще всего берут по нескольку станиолевых листов и соединяют их в две группы, входящие одна в другую и разделенные диэлектриком. Иногда также берут две длинные станиолевые пластины, прокладывают между ними и снаружи парафинированную бумагу и затем свертывают все в компактный пакет или в трубку. Конденсаторы большой ем­кости во многих случаях помещают в металлическую коробку и заливают парафином

Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько медных или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. Между подвижными и неподвиж­ными полудисками имеется воздушный зазор или расположены электрически и укрепленных неподвижно.

Плоский конденсатор представляет собой две плоские пластины, расстояние между которыми d мало по сравнению с их линейными размерами. Это позволяет пренебречь малыми областями неоднородности электрического поля у краев пластин и считать, что все поле однородно и сосредоточено между пластинами. Заряд конденсатора Q — это заряд положительно заряженной пластины.

Емкость плоского конденсатора С:

S — площадь каждой обкладки или меньшей из них, d — расстояние между обкладками, eо — электрическая постоянная, e — относительная диэлектрическая проницаемость вещества, находящегося между обкладками. Заполнение пространства между пластинами диэлектриком увеличивает емкость в e раз.

Энергия, запасенная заряженным до постоянного напряжения U плоским электрическим конденсатором, равна: