Kapacita je mírou schopnosti kondenzátoru uchovávat náboje. Kapacita se měří ve faradech a je pojmenována po anglickém fyzikovi Michaelu Faradayovi, čestném členu Petrohradské univerzity.
Obsah
Co je to kapacita?
Pokud odstraníme jeden elektrický vodič nekonečně daleko a vyloučíme vzájemné působení nabitých těles, bude potenciál odstraněného vodiče úměrný náboji. Různě velké vodiče však nemají stejný potenciál.
Jednotkou kapacity kondenzátoru v soustavě SI je farad. Koeficient úměrnosti se označuje písmenem C, což je kapacita ovlivněná velikostí a vnější strukturou vodiče. Materiál, fázový stav látky elektrody nehraje roli - náboje jsou rozloženy na povrchu. Proto se v mezinárodních pravidlech GHS kapacita neměří ve faradech, ale v centimetrech.
Samotná koule o poloměru 9 milionů km (1400 poloměrů Země) obsahuje 1 farad. Jediný vodivý prvek uchovává náboje v nedostatečném množství pro technické aplikace. Podle technologie 21. století. jsou vytvořeny kondenzátory s jednotkami většími než 1 farad.
Struktura sestávající z minimálně dvou elektrod a oddělujícího dielektrika dokáže uchovat množství elektřiny potřebné k provozu elektronických obvodů. V této konstrukci se kladné a záporné částice vzájemně přitahují a drží se. Dielektrikum mezi párem elektron-pozitron brání anihilaci. Takový stav náboje se nazývá vázaný.
Dříve se k měření elektrických veličin používala těžkopádná zařízení, která nebyla známá svou přesností. Dnes už i začínající radioamatér ví, jak změřit kapacitu pomocí zkoušečky.
Označení na kondenzátorech
Znalost vlastností elektronických zařízení je nezbytná pro jejich přesný a bezpečný provoz.
Určení kapacity kondenzátoru zahrnuje měření hodnoty pomocí přístroje a čtení značek na pouzdře. Označené hodnoty se liší od naměřených hodnot. To je způsobeno nedokonalými výrobními postupy a provozními odchylkami (opotřebení, teplotní vlivy).
Jmenovitá kapacita a toleranční parametry jsou uvedeny na krytu. Domácí spotřebiče používají zařízení s odchylkou až 20 %. V kosmických a vojenských aplikacích a v aplikacích automatizace v nebezpečných prostorech je povolena tolerance 5-10 %. Provozní obvody neobsahují žádné toleranční hodnoty.
Jmenovitá kapacita je kódována podle norem IEC, Mezinárodní elektrotechnické komise, která sdružuje národní normalizační organizace v 60 zemích.
Norma IEC používá označení:
- Třímístné kódování. 2 číslice na začátku - počet pF, třetí číslice - počet nul, 9 na konci - jmenovitá hodnota menší než 10 pF, 0 vpředu - nejvýše 1 pF. Kód 689 - 6,8 pF, 152 - 1500 pF, 333 - 33000 pF nebo 33 nF nebo 0,033 µF. Desetinná čárka v kódu je nahrazena písmenem "R", aby byl kód lépe čitelný. R8=0,8 pF, 2R5 je 2,5 pF.
- 4 číslice v označení. Poslední je počet nul. První 3 jsou hodnoty v pF. 3353 - 335000 pF, 335 nF nebo 0,335 µF.
- Použití písmen v kódu. Písmeno µ je µF, n je nanofarad, p je pF. 34p5 je 34,5 pF, 1µ5 je 1,5 µF.
- Výrobky z hoblované keramiky jsou kódovány písmeny A-Z ve 2 rejstřících a číslem označujícím stupeň číslice 10. K3 je 2400 pF.
- Elektrolytické SMD výrobky se značí dvěma způsoby: číslicemi - jmenovitá kapacita v pF a v blízkosti nebo ve 2. řádku, pokud je tam místo, jmenovitá hodnota napětí; písmenem se kóduje napětí a v blízkosti 3 číslic, 2 definují kapacitu a poslední - počet nul. A205 znamená 10V a 2µF.
- Výrobky pro povrchovou montáž jsou označeny kódem složeným z písmen a číslic: CA7 - 10 µF a 16 V.
- Kódy jsou označeny barvou krytu.
Označení IEC, národní označení a kódování značek činí zapamatování kódů nesmyslným. Konstruktéři a opraváři hardwaru potřebují referenční zdroje.
Výpočet pomocí vzorců
Výpočet jmenovité kapacity článku se vyžaduje ve 2 případech:
- Konstruktéři elektronických zařízení tento parametr počítají při vytváření obvodů.
- Mistři při nedostatku kondenzátorů s vhodnou kapacitou a kapacitou používají výpočet prvků pro výběr z dostupných dílů.
RC obvody se počítají pomocí hodnoty impedance - komplexního odporu (Z). Ra - je proudová ztráta způsobená ohřevem účastníků obvodu. Ri a Re - zohledňují vliv indukčnosti a kapacity prvků. Na svorkách rezistoru v RC obvodech je napětí Up nepřímo úměrné Z.
Tepelný odpor zvyšuje potenciál v zátěži a jalový odpor jej snižuje. Provoz kondenzátoru při frekvencích nad rezonancí, kdy se zvyšuje jalová složka komplexního odporu, vede ke ztrátám napětí.
Rezonanční frekvence je nepřímo úměrná schopnosti uchovávat náboj. Ze vzorce pro určení Fp vypočítejte, jaké hodnoty Cc (kapacity kondenzátoru) jsou nutné pro fungování obvodu.
Pro výpočet impulsních obvodů se používá časová konstanta obvodu, která určuje vliv RC na strukturu impulsu. Pokud je znám odpor obvodu a doba nabíjení kondenzátoru, vypočítá se kapacita ze vzorce pro časovou konstantu. Pravdivost výsledku je ovlivněna lidským faktorem.
Mistři používají paralelní a sériové zapojení kondenzátorů. Výpočetní vzorce jsou opačné než u rezistorů.
Při sériovém zapojení je kapacita při spojení prvků menší, při paralelním zapojení se hodnoty sčítají.
Jak změřím kapacitu kondenzátoru pomocí multimetru?
Při měření kondenzátoru se kondenzátor nejprve vybije zkratováním svorek izolovaným šroubovákem na rukojeti. Pokud tak neučiníte, dojde k selhání multimetru s nízkou spotřebou energie.
Odpověď na otázku, jak zkontrolovat kapacitu kondenzátoru pomocí multimetru s režimem "Cx", je následující:
- Zapněte režim "Cx" a zvolte mezní hodnotu měření - 2000 pF až 20 μF u standardního měřiče;
- Vložte kondenzátor do zdířek v přístroji nebo přiložte sondu na vývody kondenzátoru a odečtěte hodnotu na stupnici přístroje.
Pomocí ampérmetru nebo multimetru zjistěte, zda je uvnitř skříně zkrat nebo rozpojený obvod.
Polarizační kondenzátor se připojuje do obvodu spotřebiče s ohledem na směr proudu. Elektrody výrobku jsou označeny výrobcem. Kondenzátor určený pro napětí 1 až 3 V selže, pokud je zpětný proud vyšší než normální.
Polární elektrolytický kondenzátor se před měřením charakteristik odpájí z desky. Zapněte multimetr v režimu měření odporu nebo testu polovodičů. Přiložte sondy k elektrodám polárního kondenzátoru - plus k plusu, mínus k mínusu. Vadný kondenzátor vykazuje plynulý nárůst odporu. S postupujícím nabíjením proud klesá, EMF se zvyšuje a dosahuje napájecího napětí.
Rozpojený obvod kondenzátoru se na multimetru zobrazí jako nekonečný odpor. Přístroj nereaguje nebo se šipka na analogovém ukazateli téměř nepohybuje.
Při poruše prvku bude naměřená hodnota nižší než jmenovitá hodnota úměrně velikosti poruchy.
Pokud někoho zajímá, jak změřit komplexní nebo ekvivalentní sériový odpor (ESR kondenzátoru) pomocí multimetru, je to bez nástavce problematické. Kondenzátor vykazuje jalové vlastnosti při vysokofrekvenčních proudech.
Další metody měření
Kondenzátorový měřič kapacity s vlastními rukama je sestaven podle schémat pulzních zařízení. Sekvence RC obvodů s proměnnými rezistory vytváří na výstupu výrobku sérii frekvenčně odstupňovaných signálů. K nastavení jednotky, se kterou se má nástavec používat, se používá multimetr.
Ke konstrukci se postupně připojí sada testovaných kondenzátorů a nastaví se přesnost každého dílčího rozsahu.
Měřič kapacity polárního elektrolytického článku s vlastními rukama je schematicky realizován a naladěn jako součást set-top boxu bez oscilačního obvodu. Výstupem je konstantní napětí namísto pulzního napětí.
U digitálních měřičů výkonu je napájení vysoce stabilní. "Plovoucí" parametry prvků, z nichž je obvod sestaven, způsobí nepřijatelnou chybu přesnosti měření.
Logické prvky se používají k sestavení pulzních zdrojů střídavého proudu pro měření ESR.
Levné měřiče kapacity kondenzátorů, přístroje typu RLC můstek s volitelnou funkcí testování odporu SMD, síťovou nabíječkou a LCD displejem, samy o sobě velké jako prst. Fungují jako profesionální metrologický systém. Může fungovat jako měřič kapacity elektrolytických kondenzátorů, polárních i proměnných.
Související články:
