Конденсатор — электронный компонент¶

Конденсатор (разг. «кондер») — пассивный электронный компонент, способный накапливать и хранить электрическую энергию в виде электрического поля между двумя проводящими пластинами (обкладками), разделёнными слоем диэлектрика. Основная характеристика конденсатора — ёмкость, измеряемая в фарадах (Ф); в радиоэлектронике и электротехнике используются конденсаторы с ёмкостью от пикофарад (пФ, 10⁻¹² Ф) до тысяч микрофарад (мкФ, 10⁻⁶ Ф).

¶Принцип действия

Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), между которыми расположен диэлектрик — изолятор, не проводящий электрический ток. При подключении источника напряжения на обкладках накапливаются равные по модулю и противоположные по знаку заряды: на одной пластине избыток электронов, на другой — их недостаток. Электрическое поле, возникающее между обкладками, и хранит энергию.

Ёмкость конденсатора определяется формулой:

C = ε₀ · εᵣ · S / d,

где S — площадь обкладок, d — расстояние между ними, εᵣ — относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика. Следовательно, ёмкость растёт с увеличением площади пластин, уменьшением зазора и применением диэлектрика с высокой проницаемостью.

Заряженный конденсатор накапливает энергию по формуле W = C·U²/2, где U — напряжение между обкладками. В отличие от резистора, конденсатор не рассеивает энергию, а возвращает её в цепь при разряде.

¶Основные параметры

¶Классификация

По типу диэлектрика конденсаторы делятся на:

• Воздушные — диэлектриком служит воздух; используются в антеннах, настройках контуров, переменные конденсаторы радиоприёмников.
• Вакуумные — заполнены вакуумом; применяются в высокочастотной технике и мощных передатчиках.
• Бумажные — бумажный диэлектрик, часто в масляной заливке; широко применяются в силовой электротехнике.
• Керамические — керамический диэлектрик; высокая стабильность, применяются в радиочастотных цепях и фильтрах.
• Электролитические (оксидные) — оксидный слой на алюминиевой или танталовой фольге; большая ёмкость при малых габаритах, но полярные и с ограниченным сроком службы.
• Плёночные — диэлектрик из полимерной плёнки (полиэтилен, полипропилен, полиэстер); низкие потери, применяются в импульсных схемах и фильтрах.
• Суперконденсаторы (ультраконденсаторы) — ёмкость до единиц фарад, принцип работы основан на двойном электрическом слое; используются как накопители энергии.

По характеру изменения ёмкости различают:

• Постоянные — ёмкость задана и не изменяется в процессе работы.
• Переменные — ёмкость регулируется механическим изменением площади обкладок или расстояния между ними (подстроечные и настраиваемые).
• Подстроечные — разновидность переменных, предназначенная для однократной или редкой настройки.

¶Применение

Конденсаторы применяются практически во всех областях электроники и электротехники:

• Накопление и сглаживание энергии — в блоках питания, фильтрах выпрямителей, где сглаживают пульсации переменного тока.
• Формирование импульсов — в цепях генерации, задержки и синхронизации.
• Связь и разделение — конденсаторы связи пропускают переменный ток и блокируют постоянный, разделяя усилительные каскады.
• Резонансные контуры — в сочетании с катушкой индуктивности образуют колебательный контур, определяющий частоту настройки радиоприёмников и передатчиков.
• Фильтрация — в пассивных и активных фильтрах, разделении частотных диапазонов.
• Моторные пусковые конденсаторы — для запуска однофазных асинхронных электродвигателей.

¶История

Термин «конденсатор» ввёл в 1745 году немецкий физик Эвальд Георг фон Клейст, хотя первые эксперименты по накоплению электричества проводил независимо от него голландец Питер ван Мушенбрук (лейденская банка, 1745–1746). В России первые исследования в этой области связаны с именем Г. В. Рихмана, работавшего в 1740-х годах в Санкт-Петербурге. В XIX веке получили распространение конденсаторы Лейденца, затем — листовые и цилиндрические конструкции. В XX веке с развитием радиотехники и электроники появились электролитические, керамические и плёночные конденсаторы, а в конце века — суперконденсаторы.

¶Обозначения на схемах

На принципиальных схемах конденсатор обозначается двумя параллельными линиями (одна может быть изогнутой — для полярных электролитических конденсаторов). Обозначение на схемах по ГОСТ 2.728-75 — в виде двух параллельных отрезков, перпендикулярных линиям соединений.

Источники:

• ГОСТ 2.728-75. ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Конденсаторы.
• Дворецкий Б. И. «Справочник по расчёту электронных и электротехнических устройств».
• Фролов К. А. «Курс радиотехники и телевидения».
• Хоровиц П., Хилл У. «Искусство схемотехники».
• Справочник по радиокомпонентам. Конденсаторы: типы, параметры, применение.