Что такое конденсаторы?

Одним из самых распространенных элементов в электрических цепях является конденсатор.
Конденсатор – это накопитель электрической энергии.
Его назначение:

• - запасать (заряжаться) электрический заряд в момент подключения к электрическому источнику;
• - отдавать (разряжаться) электрический разряд в нагрузку в момент пропадания напряжения от электрического источника (батареи).

Способность тела накапливать определенное количество электричества с одновременным ростом потенциала называется  ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТЬЮ.
В формуле C = Q/U выражена зависимость емкости конденсатора С от количества запасенной энергии Q  в конденсаторе и величины напряжения U на его обкладках.
Где:

•  С – емкость конденсатора в фарадах( Ф)
•  Q – количество электрического заряда в кулонах (К
•  U – напряжение в вольтах (В)

Емкость в 1 Фарад очень большая величина. Обычно пользуются мелкими ее единицами.
Где:

•  Ф – Фарад,
•  мкФ – микроФарад — тысячная доля Фарада,
•  нФ – наноФарад — миллионная доля Фарада,
•  пФ – пикоФарад — миллиардная доля Фарада.

Простейший, т.н. плоский конденсатор, состоит из 2-х близко расположенных металлических пластин (обкладок), между которыми помещен какой либо диэлектрик (воздух, бумага, слюда, керамика и т.д.). Емкость конденсатора зависит от площади поверхности пластин, расстояния между ними и электрической проницаемости диэлектрика.  C = µ • S/d 
где:

•  С – емкость в пф
•  S – площадь поверхности пластин (обкладок) в см.кв.
•  d – расстояние между пластинами в мм.

Емкость конденсатора сильно зависит от вещества диэлектрика,находящегося между пластинами, его электрической проницаемости   µ.

Значение рабочего напряжения конденсатора (напряжение, при котором он долгое время сохраняет свои электрические свойства), зависит от электрической прочности диэлектрика. Воздух обладает малой электрической прочностью, твердые диэлектрики имеют высокую электрическую прочность на пробой. На корпусе конденсатора обычно указывается его тип, рабоче напряжение, величина емкости.

В электрических цепях и цепях управления электрическими сигналами используют нерегулируемые (постоянные) и регулируемые (переменные) конденсаторы.
Конденсаторы переменной емкости состоят из блока неподвижных (статор) и блока подвижных (ротор) пластин, разделенных диэлектриком (обычно воздух). При вращении ротора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин и соответственно изменяется величина емкости конденсатора. Емкость конденсатора также может изменяться и от изменения расстояния между пластинами.

По типу диэлектрика, конденсаторы делятся на группы:

1. Конденсаторы с воздушным диэлектриком.

Это конденсаторы переменной и постоянной емкост
 Применяются в основном в схемах радиотехники и автоматики. Емкость у них в пределах 1 – 1000 пФ.  Рабочее напряжение от десятков до сотен вольт.

2. Конденсаторы с твердым диэлектриком.

В качестве диэлектрика используется бумага, слюда, керамика и др. емкость этих конденсаторов в пределах 1 пФ – 100 мкФ, рабочее напряжение до тысяч вольт.

3. Конденсаторы с жидким диэлектриком.

Это электролитические или оксидные конденсаторы.В качестве диэлектрика в них используется тончайшая пленка оксида алюминия, полученная в результате электрохимической реакции.

Благодаря ничтожно малой толщине этого слоя, удается получить очень большие величины емкостей.Электролитический конденсатор состоит из 2-х алюминиевых пластин, помещенных в электролит или специальную пасту. Пластина с оксидной пленкой – одна из обкладок конденсатора. Второй обкладкой служит электролит или паста. Алюминиевая пластина без пленки обеспечивает контакт с электролитом.

Электролитические конденсаторы применяются в цепях постоянного и пульсирующего напряжения, его нельзя включать в цепи переменного тока. На корпусе указывается полярность подключения: плюс (+), минус (-). Корпус электролитического конденсатора обычно есть минус.

Если соединить последовательно два конденсатора одинаковой емкости навстречу друг другу (плюс с плюсом или минус с минусом) то получится неполярный конденсатор. Его можно включать в цепь переменного тока. Общая емкость и рабочее напряжение будут равны емкости и напряжению одного конденсатора.

К достоинствам электролитических конденсаторов относятся:

• — относительно малые размеры и масса,
• — большая емкость (до десятков тысяч микрофарад).

К недостаткам электролитических конденсаторов относятся:

• — сравнительно малое рабочее напряжение (до 500 В)
• — значительный ток утечки, значительные потери энергии
• — конденсатор имеет полярность, (нельзя включать в цепь переменного тока)
• — снижение емкости при длительном использовании (высыхает электролит).

Так же к недостаткам можно отнести частичное разрушение оксидной пленки после длительного хранения, ток утечки конденсатора при этом возрастает в десятки раз.
 Этот недостаток можно исправить. Конденсатор можно отформовать, т.е. поставить его на некоторое время (достаточно одного часа) под напряжение ниже рабочего, указанного на корпусе. Напряжение следует подавать через гасящий резистор 1 — 5 КОм с соблюдением полярности подключения. Оксидная пленка восстанавливается.

4. Конденсатор, где ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПЕРЕХОД диода выступает в РОЛИ ДИЭЛЕКТРИКА.
Любой полупроводниковый диод, если подать на него обратное напряжение, образует запирающий слой, не пропускающий обратный ток. Ширина этого слоя зависит от запирающего напряжения.

Образуется конденсатор с диэлектриком в виде запирающего слоя и обкладками. Если напряжение, смещающее диод в обратном направлении возрастает, емкость диода уменьшается и наоборот, при уменьшении напряжения обратного смещения до нуля, емкость увеличивается до максимума.

В зависимости от типа конденсатора и приложенного напряжения смещения , емкость его может меняться от 1 пФ до 500 пФ.

Полупроводниковый конденсатор – это варакторный диод – варикап. Находит применение в резонансных цепях в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре перестраиваемой с помощью управляющего напряжения. Варикап применяется вместо переменного конденсатора.