Конденсатор – Цифровая техника

June 28, 2015 by admin Комментировать »

Сопротивление резистора не зависит от частоты и прочих факторов (кроме температуры) и всегда остается неизменным. Но «на свете» есть элементы, сопротивление которых довольно сильно зависит от частоты сигнала. Имя этим элементам — дроссель (катушка индуктивности) и конденсатор. При нулевой частоте (постоянный ток) сопротивление дросселя близко к нулю, а конденсатора — к бесконечности. При увеличении частоты сопротивление дросселя увеличивается, а конденсатора — уменьшается.

Принцип действия конденсатора довольно сложен, но я попытаюсь его объяснить. Конденсатор представляет собой два слоя металлических пластин, разделенных между собой диэлектриком (именно поэтому на постоянном токе его сопротивление очень велико). На этих пластинах при подаче на конденсатор некоторого напряжения начинает скапливаться электрический заряд, и чем больший заряд при определенном напряжении (разности потенциалов) на выводах конденсатора может «спрятаться» внутри его, тем большая емкость конденсатора (его самый главный параметр). Вообще, процесс накопления заряда очень похож на изменение скорости движущегося тела, а емкость конденсатора — на инерцию; поэтому в дальнейшем для облегчения понимания будем периодически перескакивать с одной темы на другую. Надеюсь, читатели простят мне это. Ну да ладно. Главное — самому не запутаться…

Рассмотрим схему на рис. 1.5. На нем буквой «Г» обозначен генератор переменного напряжения (источник сигнала) С1 — конденсатор, a RI — резистор нагрузки. Маленький «молоточек», соединенный с нижним проводом на рис. 1.5, а, обозначает, что этот провод «общий» — «земля», «Общие» провода очень широко распространены на современных схемах, позволяя «сэкономить» одну дорожку (линию), что, в свою очередь, значительно упрощает графику рисунка. А чем проще рисунок, тем легче его понять. Для примера на рис. 1.5, б изображена та же схема, но с «большими» выводами. Выводы всех элементов схемы, у которых на конце есть «молоточек», нужно соединить между собой; заземлять этот провод не обязательно, но в некоторых случаях, например у автомагнитолы, его можно «посадить» на корпус устройства. На схемах «молоточки» всегда должны «смотреть» вниз, но в виде исключения, при очень сложной графике, их можно направлять вбок (но не вверх!).

Вернемся к рис. 1.5. Допустим, что сразу после включения питания генератора (Г) на его верхнем выводе вместе с переменным напряжением сигнала появляется постоянная составляющая (т. е. постоянное напряжение) амплитудой 5 В.

Рис. 1.5. Иллюстрация принципа действия конденсатора (дифференцирующая

RC цепочка)

В это время разряженный конденсатор С1 начинает заряжаться через нагрузку R1. Так как напряжение на его выводах, в отличие от резистора, мгновенно измениться не может (так же как и машину невозможно мгновенно разогнать до скорости 100 км/ч), то в самый первый момент времени напряжение на верхнем по схеме выводе резистора R1 равно напряжению генератора, т е. 5 В. Через некоторое время, которое зависит от сопротивления нагрузки R1 и емкости конденсатора С1, конденсатор зарядится и постоянная составляющая на верхнем по схеме выводе R1 станет равна нулю. Таким образом, конденсатор позволяет разделить постоянную и переменную составляющую и предотвратить возможность перегрузки нагрузки постоянной составляющей источника сигнала.

Работа конденсатора в подобных схемах похожа на поведение мячика-воланчика при игре в теннис: если мячик имеет слишком малую начальную скорость (или конденсатор — слишком малую емкость для сигнала с данной частотой), то длина его траектории может сократиться и второму игроку придется пробежать вперед, чтобы успеть его отбить. В электронной же схеме в таком случае амплитуда (т. е. размах колебаний) сигнала с данной частотой на выходе (в схеме на рис. 1.5 — на резисторе R1) уменьшится по сравнению с амплитудой более высокочастотного сигнала.

Схема на рис. 1.5 называется дифференцирующей цепочкой или фильтром верхних частот. Почему верхних, надеюсь, понятно: нижние частоты в такой схеме ослабляются сильнее верхних. Самый главный параметр любого, электронного фильтра — частота среза (fcp). Частота среза — это такая частота, на которой коэффициент передачи (почти то же самое, что и коэффициент усиления; в дальнейшем оба эти коэффициента будут обозначаться одной и той же буквой — кус) снижается до 0,7. Его можно вычислить по формуле:

где U„ и — соответственно входное и выходное напряжения.

Частота среза определяется по формуле:

I

где 2π — число, примерно равное 6,28;

R — сопротивление, кОм (1 кОм = 1000 Ом);

С — емкость, мкФ (1 мкФ = 1000 нФ = 1000000 пФ);

fcp — частота среза, кГц.

Емкостное сопротивление конденсатора (а на переменном токе любой конденсатор ведет себя как обычный резистор; отличия — конденсатор не греется, сдвигает фазу напряжения и его «сопротивления» зависит от частоты) обозначается буквой Хс и определяется по аналогичной (5) формуле:

Разрядность единиц та же, что и в формуле (5). Емкостное сопротивление, как и обычное сопротивление, измеряется в омах.

Наряду с изображенной на рис. 1.5 дифференцирующей цепочкой, в схемах часто используется интегрирующая цепочка (фильтр нижних частот). Она

Рис. 1.6. Интегрирующая RC-цепочка (фильтр нижних частот)

нарисована на рис. 1.6. Названия этих цепочек запоминать не обязательно (я, кстати, их до сих пор путаю), важно только знать, как они работают. А работает интегрирующая цепочка, в отличие от дифференцирующей, самым противоположным образом: она нижние частоты пропускает, а верхние — ослабляет.

Частота среза определяется по формуле (5). Работа интегрирующей цепочки похожа на «выбивание» ковров: если вам чаще нужно ударять по ковру, то вам придется уменьшить амплитуду размаха, иначе со стороны вы будете выглядеть очень смешно. Согласно формуле (6), емкостное сопротивление конденсатора с увеличением частоты уменьшается, Поэтому в схеме на рис. 1.6 из смеси двух разных частот большую амплитуду на выходе будет иметь низшая частота, а на рис. 1.5 — высшая.

Практически во всех схемах (исключение — колебательные контура) конденсаторы включены по одной из этих двух схем. Поэтому, зная, как работают эти две цепочки, у вас не возникнет никаких проблем. Более подробно они будут описаны дальше.

Так же как и резисторы, конденсаторы бывают постоянные, подстроечные и переменные. Два последних типа находят весьма ограниченное применение, так как их максимально возможная емкость (около 1000 пФ) слишком мала для большинства схем. В цифровой технике конденсаторы также используются очень редко.

По материалу диэлектрика конденсаторы бывают керамические (их иногда называют «флажковыми» за плоский корпус), пленочные, но они имеют большие габариты и довольно дороги. Несколько хуже керамические и танталовые. Танталовые, при неплохих характеристиках, имеют небольшие габариты и значительную емкость (до сотен микрофарад; у пленочных максимальная емкость — единицы микрофарад, у керамических — еще меньше), поэтому они стоят дороже остальных. Электролитические конденсаторы можно охарактеризовать одним словом — дрянь, но их невысоких параметров вполне хватает для большинства схем, особенно если учитывать, что они при низкой стоимости имеют емкость до десятков тысяч микрофарад. Ионисторы — конденсаторы с очень большой емкостью — до единиц фарад (электрическая емкость всею земного шара равна 1 Ф — это не шутка), поэтому они чаще всего используются вместо батареек. 1 Ф = 1 000 000 мкФ.

У всех конденсаторов, кроме емкости, есть еще один параметр — максимально допустимое напряжение Его превышать нельзя, так как в этом случае может произойти пробой диэлектрика (у электролитических — закипание) и они выйдут из строя. Кроме того, ионисторы, танталовые и электролитические конденсаторы — полярны, т. е. при их подключении к схеме нужно соблюдать полярность. У импортных электролитических конденсаторов сбоку на корпусе (часто в виде сплошной полосы) нарисован «минус» возле отрицательного вывода, у отечественных рисуют «плюс» возле положительного вывода Конденсатор с «минусом» по всем параметрам лучше конденсатора с «плюсом».

Если полярность конденсатора неизвестна, то ее можно определить экспериментально Для этого конденсатор через микроамперметр подключают к источнику питания напряжением 6…10 В При «неправильной» полярности микроамперметр покажет ток, в сотни раз оольшии, чем при «правильной» После подключения цепи, состоящей из микроамперметра и разряженного конденсатора к источнику питания, показания микроамперметра максимальны и с течением времени они уменьшаются Надеюсь, вы понимаете, с чем это связано. А если непонятно — перечитайте еще раз описание работы схемы на рис. 1.5

Современные резисторы и конденсаторы чаще всего выпускаются в небольших, малогабаритных корпусах, поверхности которых буквально не хватает для обозначения всех основных (самых главных) характеристик элемента Поэтому всю необходимую информацию, которая должна быть нанесена на корпус прибора, изготовители определенным образом шифруют по международным стандартам. Это «на руку» и радиолюбителям: «полосатые» разноцветные детали только украшают плату, кроме того, нужный номинал легче отыскать по цвету корпуса, чем по комбинации цифр на этом самом корпусе. Расшифровка «самых главных» сокращений приведена в конце второй книги, в справочном материале.

Источник: А. С. Колдунов, Радиолюбительская азбука. Том 1. Цифровая техника. / А. С. Колдунов — М.: СОЛОН-Пресс, 2003. 272 с. — (Серия «СОЛОН — радиолюбителям» Выпуск 18)

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты