Для чого потрібен конденсатор в електричному ланцюзі: особливості роботи

Практично у всіх електронних пристроях, від найпростіших до високотехнологічних, таких як материнські плати комп'ютерів, можна зустріти один незмінно присутній елемент, який є пасивним компонентом. Але на жаль, мало хто знає як влаштований і для чого потрібен конденсатор, і які види цього накопичувача бувають.

Просто про складне

Отже, це невеликий пристрій для накопичення електричного поля або заряду схоже на звичайну банку, ту, в якій маринують помідори або зберігають борошно. Вона точно так же в собі накопичує суху речовину або рідина, яку в неї помістять. Аналогія проста: по ланцюгу біжать електрони, а на своїй дорозі зустрічають провідників, які ведуть їх у «банку», де вони і накопичуються, посилюючи заряд.

Для того щоб з'ясувати, чи багато елекрончіков так можна зібрати, і в який момент накопичення припиниться (банку лопне), електричний процес зазвичай порівнюють з водопроводом. Якщо уявити трубу, в якій тече вода, що закачується туди насосом, то десь в центрі трубопроводу потрібно уявити м'яку мембрану, що розтягується під тиском рідини. Очевидно, що вона буде розтягуватися до певної межі, поки не розірветься або, якщо попалася дуже міцна, не врівноважує силу насоса.

Такий приклад показує, як працює конденсатор, тільки мембрана замінюється електричним полем, яке збільшується в міру зарядки накопичувача (роботи насоса), врівноважуючи напруга джерела живлення. Очевидно, що цей процес не безкінечний, і граничний заряд існує, після досягнення якого «банку» вийде з ладу і перестане виконувати свої функції.

Пристрій і принцип роботи

Конденсатор – пристрій, що складається з двох пластин (обкладок), що мають між собою порожнечу. Напруга до нього подається через проводки, під'єднані до платівок. Сучасні прилади, по суті, не сильно відрізняються від макетів на уроках фізики, вони також складаються з діелектрика і обкладок. Слід зазначити, що саме речовина або його відсутність (вакуум), погано проводить електрику, змінює характеристики накопичувача.

Суть принципу роботи конденсатора проста: дали напруга, і заряд почав накопичуватися. Для прикладу слід розглянути як поводиться накопичувач в двох варіантах електричного кола:

• Постійний струм. Якщо в ланцюг з підключеним до неї конденсатором подати струм, то можна побачити, що стрілка на амперметр почне рухатися, а потім швидко повернеться в початкове положення. Це пояснюється просто: пристрій швидкого заряду, тобто джерело живлення був урівноважений обкладинками накопичувача, і струму не стало. Тому часто говорять, що в умовах постійного струму конденсатор не працює. Таке твердження неправильне, все функціонує, але дуже нетривалий час.
• Змінний струм – це коли електрони рухаються спочатку в одну, а потім в іншу сторону. Якщо уявити таку ланцюг з підключеним до неї накопичувачем, то на обох обкладинках конденсатора будуть поперемінно накопичуватися позитивні і негативні заряди. Це говорить про те, що змінний струм вільно протікає через пристрій.

Оскільки конденсатор затримує постійний струм, але пропускає змінний, звідси формуються і сфери його призначення, наприклад, для пристроїв, в яких потрібно прибрати постійну складову в сигналі. Цілком очевидно, що накопичувач володіє опором, а ось потужність на ньому не виділяється, тому він не гріється.

Основні види

Рядовий користувач не завжди знає про те, яким конденсатором забезпечено його пристрій. Але ж кожен вид має свої недоліки і переваги, а також експлуатаційні особливості.Існують дві великі групи цих пристроїв, призначені для електричного кола зі змінним і постійним струмом. Але все-таки основна класифікація ведеться за типом діелектрика, який знаходиться між облатками конденсатора. Основні види:

• Керамічні. Мають маленький розмір, малий струм витоку і невелику індуктивність. Відмінно працюють в умовах високих частот, в ланцюгах пульсуючого, постійного і змінного струму. Представлені в різному діапазоні напруг і ємностей, в залежності від того, для чого конденсатор призначений.
• Слюдяні. В даний час майже не використовуються і не випускаються. У накопичувачах такого типу діелектриком служить слюда. Робоча напруга таких конденсаторів в діапазоні – 200-1500 В.
• Паперові. У алюмінієвих облатках укладена конденсаторний папір. Витримують напругу 160-1500 В.
• Поліестерові. Максимальна місткість не перевищує 15 мФ, робоча напруга – 50-1500 В.
• Поліпропіленові. Вигідно виділяються на тлі інших побратимів двома перевагами. Перше – маленький допуск ємності (+/- 1%), друге – до 3 кВ робочої напруги.

Окремо варто відзначити електролітичні конденсатори. Головна їхня відмінність від інших видів – підключення тільки до кола постійного або пульсуючого струму. Такі накопичувачі мають полярність – це особливість їх конструкції, тому неправильне підключення веде до здуття або вибуху пристрою. Вони володіють великою місткістю, що робить конденсатор електролітичний придатним для застосування в випрямних ланцюгах.

Сфера застосування

Можна сміливо сказати, що конденсатори використовують практично у всіх електронних та радіотехнічних схемах. Щоб мати уявлення про те, де і навіщо потрібен конденсатор, слід згадати його здатність зберігати заряд і розряджатися в потрібний час, а також пропускати змінний струм і не пропускати постійний. А це означає, що такі пристрої використовуються в багатьох технічних сферах, наприклад:

• телефонії;
• у виробництві рахункових і запам'ятовуючих пристроїв;
• автоматиці;
• при створенні вимірювальних приладів і багатьох інших.

Електричні накопичувачі можна зустріти як в телевізорах, так і в приладах радіолокації, де необхідно формувати імпульс великої потужності, для чого і служить конденсатор. Неможливо зустріти блок живлення без цих пристроїв або мережевий фільтр.

Потрібно сказати, що накопичувачі застосовують і в сферах, не пов'язаних з електрикою, наприклад, у виробництві металу і видобутку вугілля, де використовують конденсаторні електровози.