Die Kapazität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Kondensators, Ladungen zu speichern. Die Kapazität wird in Faraday gemessen, benannt nach dem englischen Physiker Michael Faraday, einem Ehrenmitglied der Universität St. Petersburg.
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Was ist Kapazität?
Entfernt man einen einzelnen elektrischen Leiter unendlich weit und eliminiert den Einfluss geladener Körper aufeinander, so wird das Potenzial des entfernten Leiters proportional zur Ladung. Aber unterschiedlich große Leiter haben nicht das gleiche Potenzial.
Die Einheit der Kapazität eines Kondensators im SI ist das Farad. Der Proportionalitätskoeffizient wird mit dem Buchstaben C bezeichnet, der die von der Größe und der äußeren Struktur des Leiters beeinflusste Kapazität angibt. Das Material, der Phasenzustand der Substanz der Elektrode spielt dabei keine Rolle - die Ladungen verteilen sich auf der Oberfläche. Daher wird in den internationalen GHS-Vorschriften die Kapazität nicht in Farad, sondern in Zentimetern gemessen.
Eine einzelne Kugel mit einem Radius von 9 Millionen km (1400 Erdradien) enthält 1 Farad. Ein einzelnes leitfähiges Element hält Ladungen in einer für technische Anwendungen unzureichenden Menge. Entsprechend der Technologie des 21. Jahrhunderts. Die Kapazität von Kondensatoren mit Einheiten größer als 1 Farad wird erzeugt.
Eine Struktur, die aus mindestens 2 Elektroden und einem trennenden Dielektrikum besteht, kann die für den Betrieb elektronischer Schaltungen erforderliche Strommenge speichern. Bei dieser Konstruktion ziehen sich positive und negative Teilchen gegenseitig an und halten sich gegenseitig fest. Das Dielektrikum zwischen dem Elektron-Positron-Paar verhindert die Annihilation. Ein solcher Zustand der Ladung wird als gebunden bezeichnet.
Früher wurden zur Messung elektrischer Größen schwerfällige Geräte verwendet, die nicht für ihre Genauigkeit bekannt waren. Nun weiß selbst ein unerfahrener Funkamateur, wie man mit einem Prüfgerät die Kapazität misst.
Die Kennzeichnung der Kondensatoren
Die Kenntnis der Eigenschaften elektronischer Geräte ist für einen genauen und sicheren Betrieb unerlässlich.
Um die Kapazität eines Kondensators zu bestimmen, muss der Wert mit einem Messgerät gemessen und die Markierungen auf dem Gehäuse abgelesen werden. Die markierten Werte weichen von den gemessenen Werten ab. Dies ist auf unvollkommene Produktionstechniken und betriebliche Schwankungen (Verschleiß, Temperatureinflüsse) zurückzuführen.
Die Nennleistung und die Toleranzparameter sind auf dem Gehäuse angegeben. Haushaltsgeräte verwenden Geräte mit einer Abweichung von bis zu 20 %. Bei Anwendungen in der Raumfahrt, im militärischen Bereich und in Gefahrenbereichen ist eine Toleranz von 5-10 % zulässig. Die Betriebskreise enthalten keine Toleranzwerte.
Die Nennleistung ist nach IEC-Normen kodiert, der Internationalen Elektrotechnischen Kommission, in der nationale Normungsorganisationen aus 60 Ländern zusammengeschlossen sind.
Die IEC-Norm verwendet Bezeichnungen:
- 3-stellige Codierung. 2 Ziffern am Anfang - Anzahl der pF, dritte Ziffer - Anzahl der Nullen, 9 am Ende - Wert kleiner als 10 pF, 0 am Anfang - nicht mehr als 1 pF. Code 689 - 6,8 pF, 152 - 1500 pF, 333 - 33000 pF oder 33 nF oder 0,033 µF. Der Dezimalpunkt im Code wird durch den Buchstaben "R" ersetzt, um die Lesbarkeit zu verbessern. R8=0,8 pF, 2R5 ist 2,5 pF.
- 4 Ziffern in der Kennzeichnung. Die letzte Zahl ist die Anzahl der Nullen. Die ersten 3 sind der Wert in pF. 3353 - 335000 pF, 335 nF oder 0,335 µF.
- Verwendung von Buchstaben im Code. Der Buchstabe µ steht für µF, n für Nanofarad, p für pF. 34p5 ist 34,5 pF, 1µ5 ist 1,5 µF.
- Planer-Keramikprodukte sind mit den Buchstaben A-Z in 2 Registern und der Zahl, die den Grad der Zahl 10 bezeichnet, codiert. K3 beträgt 2400 pF.
- Elektrolytische SMD-Produkte werden auf 2 Arten gekennzeichnet: Ziffern - Nennkapazität in pF und in der Nähe oder in der 2. Zeile, wenn dort Platz ist - Nennspannungswert; Buchstabencodierung der Spannung und in der Nähe 3 Ziffern, 2 definieren die Kapazität und die letzte - Anzahl der Nullen. A205 bedeutet 10 V und 2 µF.
- Produkte für die Oberflächenmontage sind mit einem Code aus Buchstaben und Zahlen gekennzeichnet: CA7 - 10 µF und 16 V.
- Die Codes werden durch die Farbe des Gehäuses kodiert.
Die IEC-Kennzeichnung, die nationalen Bezeichnungen und die Markenkennzeichnung machen das Auswendiglernen der Codes sinnlos. Hardwareentwickler und Reparaturtechniker brauchen Referenzquellen.
Berechnung nach Formeln
Die Berechnung der Nennkapazität einer Zelle ist in 2 Fällen erforderlich:
- Konstrukteure elektronischer Geräte berechnen den Parameter bei der Erstellung von Schaltungen.
- Meister in Ermangelung von Kondensatoren mit geeigneter Kapazität und Leistung verwenden die Elementberechnung, um aus den verfügbaren Teilen auszuwählen.
RC-Schaltungen werden mit dem Impedanzwert - dem komplexen Widerstand (Z) - berechnet. Ra - ist der Stromverlust aufgrund der Erwärmung der Teilnehmer des Stromkreises. Ri und Re - berücksichtigen den Einfluss von Induktivität und Kapazität der Elemente. An den Widerstandsklemmen in RC-Schaltungen ist die Spannung Up umgekehrt proportional zu Z.
Der Wärmewiderstand erhöht das Potenzial an der Last und der Blindwiderstand verringert es. Der Betrieb von Kondensatoren bei Frequenzen oberhalb der Resonanz, wenn die reaktive Komponente des komplexen Widerstands zunimmt, führt zu Spannungsverlusten.
Die Frequenz der Resonanz ist umgekehrt proportional zu der Fähigkeit, Ladung zu speichern. Berechnen Sie anhand der Formel zur Bestimmung von Fp, welche Werte von Cc (Kondensatorkapazität) für den Betrieb der Schaltung erforderlich sind.
Zur Berechnung von Impulsschaltungen wird die Zeitkonstante der Schaltung verwendet, die den Einfluss von RC auf die Struktur des Impulses bestimmt. Wenn der Widerstand des Stromkreises und die Ladezeit des Kondensators bekannt sind, wird die Kapazität anhand der Formel für die Zeitkonstante berechnet. Die Richtigkeit des Ergebnisses wird durch den menschlichen Faktor beeinflusst.
Meister verwenden Parallel- und Reihenschaltungen von Kondensatoren. Die Berechnungsformeln sind umgekehrt zu denen für Widerstände.
Bei einer Reihenschaltung wird die Kapazität in der Verbindung der Elemente kleiner, bei einer Parallelschaltung addieren sich die Werte.
Wie kann ich die Kapazität eines Kondensators mit einem Multimeter messen?
Bei der Kondensatormessung wird der Kondensator zunächst entladen, indem die Anschlüsse mit einem isolierten Schraubendreher am Griff kurzgeschlossen werden. Geschieht dies nicht, fällt das Multimeter mit geringer Leistung aus.
Die Antwort auf die Frage, wie man die Kapazität eines Kondensators mit einem Multimeter im Modus "Cx" überprüft, lautet wie folgt:
- Schalten Sie den Modus "Cx" ein und wählen Sie die Messgrenze - 2000 pF bis 20 μF im Standardmessgerät;
- Stecken Sie den Kondensator in die Buchsen des Geräts oder legen Sie die Sonde auf die Stifte des Kondensators und lesen Sie den Wert auf der Skala des Geräts ab.
Stellen Sie mit einem Strom-/Spannungsmesser oder Multimeter fest, ob im Gehäuse ein Kurzschluss oder ein Unterbrechungsstromkreis vorliegt.
Der Polaritätskondensator wird unter Berücksichtigung der Stromrichtung an den Stromkreis des Geräts angeschlossen. Die Elektroden des Produkts sind vom Hersteller gekennzeichnet. Ein Kondensator, der für Spannungen von 1 bis 3 V ausgelegt ist, versagt, wenn der Sperrstrom höher als normal ist.
Der polare Elektrolytkondensator wird vor der Kennlinienmessung von der Platine abgelötet. Schalten Sie das Multimeter im Widerstandsmess- oder Halbleitertestmodus ein. Legen Sie die Sonden auf die Elektroden des Polkondensators - Plus an Plus, Minus an Minus. Ein defekter Kondensator zeigt einen gleichmäßigen Anstieg des Widerstands. Mit fortschreitender Ladung sinkt der Strom, die EMK steigt und erreicht die Versorgungsspannung.
Ein offener Stromkreis in einem Kondensator wird auf dem Multimeter als unendlicher Widerstand angezeigt. Das Gerät reagiert nicht oder der Pfeil auf der Analoganzeige bewegt sich kaum.
Wenn das Element ausfällt, unterschreitet der gemessene Wert den Nennwert proportional zur Größe des Ausfalls.
Wenn man sich fragt, wie man den komplexen oder äquivalenten Serienwiderstand (ESR eines Kondensators) mit einem Multimeter messen kann, ist es problematisch, dies ohne einen Aufsatz zu tun. Ein Kondensator weist bei hochfrequenten Strömen reaktive Eigenschaften auf.
Andere Messmethoden
Kondensator Kapazitätsmessgerät mit Ihren eigenen Händen ist nach Puls Gerät Schemata montiert. Die Sequenzen von RC-Schaltungen mit variablen Widerständen erzeugen am Ausgang des Produkts eine Reihe von frequenzgestuften Signalen. Ein Multimeter wird verwendet, um das Gerät, mit dem der Aufsatz verwendet werden soll, einzustellen.
Ein Satz geprüfter Kondensatoren wird nacheinander an den Entwurf angeschlossen, und die Genauigkeit jedes Teilbereichs wird eingestellt.
Ein Polarelektrolysezellen-Kapazitätsmesser mit eigenen Händen wird schematisch als Teil einer Set-Top-Box ohne Schwingkreis realisiert und abgestimmt. Der Ausgang ist eine konstante Spannung anstelle einer Impulsspannung.
Bei digitalen Kapazitätsmessgeräten ist die Stromversorgung sehr stabil. Die "schwebenden" Parameter der Elemente, aus denen die Schaltung zusammengesetzt ist, führen zu einem inakzeptablen Fehler bei der Genauigkeit der Messungen.
Logische Elemente werden verwendet, um gepulste Wechselstromquellen für ESR-Messungen aufzubauen.
Preiswerte Kondensator-Kapazitätsmessgeräte, RLC-Brückengeräte mit optionaler SMD-Widerstandstestfunktion, Netzaufladung und LCD-Anzeige, selbst in Fingergröße. Sie fungieren als professionelles Metrologiesystem. Kann als Kapazitätsmessgerät für Elektrolytkondensatoren, sowohl polare als auch variable, eingesetzt werden.
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