Рис. 2.5.Графическое изображение постоянного (а), электролитического (б), переменного (в) и подстроечного (г) конденсаторов
Основная единица емкости - фарада [Ф]. Это очень большая емкость, и поэтому на практике обычно используют значительно меньшие единицы: 10 Ф, 1 пФ - пикофарада, 10 Ф - 1 нФ - нанофарада, 10 Ф, 1 мкФ - микрофарада.
В электронике применяют элементы с емкостями от нескольких пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Емкость конденсатора возрастает при увеличении площади обкладок и убывает при увеличении расстояния между ними. Увеличение площади обкладок приводит к свернутой или многослойной конструкции конденсатора.
При производстве конденсаторов применяются такие же допуски и ряды номинальных значений емкости, как для резисторов. Для электролитических конденсаторов используется укороченный ряд значений.
Конструкция конденсатора ограничивает рабочее напряжение поскольку при очень большом напряжении происходит пробой диэлектрика и конденсатор выходит из строя. Интервал рабочих напряжений конденсаторов обусловлен их назначением и конструкцией.
Так, электролитические конденсаторы с емкостью порядка сотен микрофарад, используемые в цепях питания постоянного тока, предназначены для работы при напряжениях в несколько десятков или даже сотен вольт.
Диапазон рабочих температур конденсатора зависит прежде всего от вида его диэлектрика. Изменение температуры влияет также на емкость конденсатора. Это очень важно, и поэтому выбор конденсатора часто определяется температурным коэффициентом емкости, который в зависимости от используемых материалов и технологий может иметь положительное или отрицательное значение. В цепях, где важен "результирующий" температурный коэффициент, температурный коэффициент конденсатора выбирается таким, чтобы изменения емкости в функции температуры компенсировали изменения индуктивности; благодаря этой компенсации сопротивление цепи RLC остается постоянным.
Помимо емкости конденсаторы обладают некоторой собственной индуктивностью и активным сопротивлением. Наличие последнего вызывает потери, связанные с преобразованием электрической энергии в тепловую. Потери энергии в конденсаторе характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tg δ; величина, обратная этому коэффициенту, называется добротностью конденсатора.
Во многих применениях добротность является решающим фактором при выборе типа конденсатора. Помимо конденсаторов с постоянной емкостью существуют переменные (регулируемые) конденсаторы с плавной регулировкой емкости, обычно до нескольких десятков или сотен пикофарад. Они служат главным образом для перестройки резонансных контуров.
Определение результирующей емкости при последовательном и параллельном соединении конденсаторов поясняется на рис. 2.6.
Рис. 2.6. Определение результирующей емкости при последовательном (а) и параллельном (б) соединении конденсаторов
Как рассчитывается реактивное сопротивление конденсатора?
Реактивное сопротивление конденсатора определяется по формуле
Хс = 1/2πfС.
Если емкость выражается в фарадах, а частота в герцах, то реактивное сопротивление получается в омах. Результат в омах получается также при подстановке емкости в микрофарадах и частоты в мегагерцах. Для других единиц необходим пересчет. Например, для С = 100 нФ и f = 100 кГц следует его произвести по формуле
Хс= 1/6,28·(10·10)·(10·10) = 1/6.28·10 ~= 16 Ом.
Как маркируются резисторы и конденсаторы?
Существует два способа маркировки или обозначения на резисторах и конденсаторах их значений и допусков. Один из них - цветовой, второй - буквенно-цифровой.
В цветовом коде (табл. 2.4) используются четыре цветные полоски или точки. Цвета первой и второй полосок определяют первую и вторую цифры, а цвет третьей полоски - коэффициент кратности для величины, выраженной в омах или пикофарадах. Последняя полоска или точка определяет своим цветом допуск на эту величину.
На рис. 2.7 приведен пример обозначения резисторов.
Рис. 2.7.Пример цветового обозначения резистора с сопротивлением 22кОм±10 %
1 - оранжевый (коэффициент кратности 10; 2 - серебряный (допуск ±10 %); 3 - красный (вторая цифра) - 2; 4 - красный (первая цифра) - 2
В буквенно-цифровом коде обозначения кратности используются буквы. Для резисторов применяют следующие обозначения кратности: 1 - буква R, 10 - К, 10 - M, а для конденсаторов; 10 - р, 10 - n, 10 - μ. Буквы занимают место запятой десятичного знака в номинальном значении. Например, 5,9 Ом - обозначение 5R9, 59 Ом - 59R, 1,5 кОм - 1К5, 59 кОм -59К, 1,5 МОм - 1М5, а также 1,5 пФ - 1р5, 33,2 пФ - 33р2.
Буквенно-цифровая маркировка резисторов и конденсаторов в СССР состоит из последовательно расположенных цифр, указывающих номинальное сопротивление (емкость), буквы, обозначающей единицу измерения (кратность) сопротивления при емкости и показывающей положение запятой десятичной дроби, и буквы, обозначающей допустимое отклонение от номинального значения. Для резисторов приняты следующие обозначения кратности номинального сопротивления: Е - омы, К - килоомы, М - мегомы, Г - гигаомы, Т - тераомы, а для номинальной емкости: П - пикофарады, Н - нанофарады, М - микрофарады. Кодированные обозначения допускаемого отклонения сопротивления и емкости приведены в табл. 2.5. Например, резисторы с сопротивлением 68 Ом и 1,5 кОм и допустимым отклонением ±2 % имеют соответственно маркировку 68ЕЛ и 1К5Л, а емкость 1,5 мкф с допустимым отклонением ±20 % сокращение обозначается 1М5В. - Прим. ред.
Что можно сказать о катушке индуктивности как элементе схемы?
Катушка индуктивности является элементом, вносящим в цепь определенную постоянную или регулируемую индуктивность. Катушку индуктивности часто выполняют навивкой проволоки на корпус, сделанный из изолятора. Навивка может быть одно- или многослойной. Катушки бывают воздушными (бессердечниковыми) либо с магнитным сердечником. Катушки индуктивности (рис. 2.8) в основном характеризуются следующими параметрами: индуктивностью и добротностью.
Рис. 2.8. Графическое изображение катушек индуктивности с постоянной (а), переменной (б) индуктивностью и с ферритовым сердечником (в)
Основной единицей индуктивности является генри [Гн]. Чаще используются в тысячу раз меньшая единица, называемая миллигенри [мГн], и в миллион раз меньшая единица - микрогенри [мкГн]. Индуктивность катушки возрастает с увеличением ее размеров и числа витков. Воздушные катушки имеют индуктивность от 1 Гн до нескольких десятков миллигенри. Большие значения индуктивности (даже несколько тысяч генри) получают, когда катушки индуктивности выполняют на ферромагнитных стержнях. Регулировка индуктивности чаще всего выполняется перемещением сердечника относительно навивки (например, путем вворачивания или выворачивания сердечника отверткой).
Кроме индуктивности катушки обладают некоторой емкостью зависящей от распределения навивки, и некоторым активным сопротивлением (рис. 2.9), отражающим потери энергии в катушке (в навивке, корпусе, сердечнике). Сопротивление потерь увеличивается при росте частоты.