Sériové a paralelní zapojení kondenzátorů
Kondenzátory, stejně jako rezistory, patří mezi nejpočetnější prvky radiotechnických zařízení. O některých vlastnostech kondenzátoru – „zásobníku“ elektrických nábojů jsem již mluvil. Pak řekl, že kapacita kondenzátoru bude tím významnější, čím větší bude plocha jeho desek a čím tenčí bude dielektrická vrstva mezi nimi.
Základní jednotkou elektrické kapacity je farad (zkratka F, pojmenovaná podle anglického fyzika M. Faradaye. 1 F je však velmi velká kapacita. Zeměkoule má např. kapacitu menší než 1 F. V el. radiotechnika, používají kapacitní jednotku rovnou na miliontinu faradu, která se nazývá mikrofarad (zkráceně mikrofarad). V jednom faradu je 1 000 000 mikrofaradů, tedy 1 mikrofarad = 0,000001 F. Ale i tato jednotka kapacity je často příliš velká. Proto existuje ještě menší jednotka kapacity, zvaná pikofarad (zkráceně pF), což je miliontina mikrofaradu, tj. 0,000001 uF, 1 uF = 1000000 XNUMX XNUMX pF Všechny kondenzátory, ať už konstantní nebo proměnné, jsou charakterizované především svými kapacitami, vyjádřenými v pikofaradech, mikrofaradech.
Na schématech zapojení je kapacita kondenzátorů od 1 do 9999 pF označena celými čísly odpovídajícími jejich kapacitám v těchto jednotkách bez označení pF a kapacita kondenzátorů od 0,01 μF (10000 1 pF) a více je uvedena ve zlomcích mikrofarad, popř. mikrofarady bez označení μF. Pokud je kapacita kondenzátoru rovna celému číslu mikrofaradů, pak se na rozdíl od označení kapacity v pikofaradech za poslední platnou číslici umístí čárka a nula. Příklady označení kapacit kondenzátorů v diagramech: C47 u47d 2 odpovídá 3300 pF, C3300 u3d 0,47 odpovídá 0,047 pF; C47000 u4d 0,1 odpovídá 0,1 μF (5 pF); C20,0 = 20 odpovídá XNUMX uF; CXNUMX = XNUMX odpovídá XNUMX uF.
Kondenzátor ve své nejjednodušší formě sestává ze dvou desek oddělených dielektrikem. Pokud je ke stejnosměrnému obvodu připojen kondenzátor, proud v tomto obvodu se zastaví. Ano, je to pochopitelné: přes izolátor, který je dielektrikem kondenzátoru, nemůže proudit stejnosměrný proud. Zařazení kondenzátoru do stejnosměrného obvodu je ekvivalentní jeho rozbití (nebereme v úvahu okamžik zařazení, kdy se v obvodu objeví krátkodobý nabíjecí proud kondenzátoru). Kondenzátor se v obvodu střídavého proudu chová jinak. Pamatujte: polarita napětí na svorkách střídavého zdroje se periodicky mění. To znamená, že pokud do obvodu napájeného z takového zdroje proudu zařadíte kondenzátor, jeho desky se budou střídavě dobíjet frekvencí tohoto proudu. V důsledku toho bude obvodem proudit střídavý proud.
Kondenzátor, stejně jako rezistor a cívka, nabízí střídavému proudu odpor, ale pro proudy různých frekvencí je to jiné. Dokáže dobře propouštět vysokofrekvenční proudy a zároveň být téměř izolantem pro nízkofrekvenční proudy. Radioamatéři například někdy místo externích antén používají elektrické osvětlovací dráty, k nimž připojují přijímače přes kondenzátor o kapacitě 220–510 pF. Je tato kapacita vybrána náhodně? Ne, ani náhodou. Kondenzátor takové kapacity dobře propouští vysokofrekvenční proudy nezbytné pro provoz přijímače, ale má vysokou odolnost proti střídavému proudu 50 Hz protékajícímu sítí. V tomto případě se kondenzátor stává jakýmsi filtrem, který propouští vysokofrekvenční proud a zpožďuje nízkofrekvenční proud.
AC kapacita
AC kapacita závisí na jeho kapacitě a frekvenci proudu: čím větší je kapacita kondenzátoru a frekvence proudu, tím nižší je jeho kapacita. Tento odpor kondenzátoru lze určit s dostatečnou přesností pomocí takového zjednodušeného vzorce
RC=1/6fC
kde RC je kapacita kondenzátoru, Ohm; f je aktuální frekvence, Hz; C je kapacita tohoto kondenzátoru, F; číslo 6 je hodnota 2π zaokrouhlená na celé jednotky (přesněji 6,28, protože π u3,14d XNUMX).
kde RC je kapacita kondenzátoru, Ohm; f je aktuální frekvence, Hz; C je kapacita tohoto kondenzátoru, F; číslo 6 je hodnota 2π zaokrouhlená na celé jednotky (přesněji 6,28, protože π u3,14d XNUMX).
Pomocí tohoto vzorce zjistíme, jak se kondenzátor chová vzhledem ke střídavým proudům, pokud použijete síťové vodiče jako anténu. Řekněme, že kapacita tohoto kondenzátoru je 500 pF (500 pF = 0,0000000005 F). Frekvence síťového proudu 50 Hz. Pro průměrnou nosnou frekvenci radiostanice vezmeme 1 MHz (1 000 000 Hz), což odpovídá vlnové délce 300 m. Jaký odpor klade tento kondenzátor radiové frekvenci?
Rc u1du6d 1000000 / (0,0000000005 300 XNUMX) ~ uXNUMXd XNUMX Ohm.
A co AC napájení?
Rc u1d 6 / (50 0,0000000005 7) ~= XNUMX MΩ.
A zde je výsledek: kondenzátor 500 pF poskytuje 20000 XNUMXkrát menší odpor vůči vysokofrekvenčnímu proudu než nízkofrekvenčnímu proudu. Vážně? Menší kondenzátor poskytuje ještě větší odpor střídavému proudu sítě.
kapacita kondenzátoru vůči AC proud klesá se zvýšením jeho kapacity a frekvence proudu a naopak se zvyšuje se snížením jeho kapacity a frekvence proudu.
Jak jsou uspořádány pevné kondenzátory?
Všechny kondenzátory s pevnou kapacitou mají vodivé desky a mezi nimi – keramiku, slídu, papír nebo jiné pevné dielektrikum. Podle typu použitého dielektrika se kondenzátory nazývají keramické, slídové, papírové, resp. Vzhled některých keramických pevných kondenzátorů je znázorněn na Obr. 1
Rýže. 1. Keramické pevné kondenzátory
Jejich dielektrikem je speciální keramika, destičky jsou tenké vrstvy postříbřeného kovu nanesené na povrchu keramiky a vývody jsou postříbřené mosazné dráty nebo pásy připájené k destičkám. Shora jsou pouzdra kondenzátoru pokryta smaltem.
Nejběžnější jsou keramické kondenzátory typu KDK (Disk Ceramic Capacitor) a KTK (Tubular Ceramic Capacitor): U kondenzátoru typu KTK je jedna výstelka aplikována na vnitřní a druhá na vnější povrch tenkostěnné keramiky. trubka. Někdy jsou trubkové kondenzátory umístěny v utěsněných porcelánových „pouzdrech“ s kovovými uzávěry na koncích. Jedná se o kondenzátory typu KGK.
Keramické kondenzátory mají relativně malé kapacity – až několik tisíc pikofaradů. Jsou umístěny v těch obvodech, ve kterých protéká vysokofrekvenční proud (anténní obvod, oscilační obvod), pro komunikaci mezi nimi.
Pro získání kondenzátoru malé velikosti, ale s relativně velkou kapacitou, není vyroben ze dvou, ale z několika desek naskládaných a oddělených od sebe dielektrikem (obr. 2). V tomto případě tvoří každý pár sousedních desek kondenzátor. Paralelním spojením těchto párů desek se získá kondenzátor značné kapacity.
Rýže. 2. Slídové kondenzátory
Takto jsou uspořádány všechny kondenzátory se slídovým dielektrikem. Jejich desky – obklady jsou pláty hliníkové fólie nebo vrstvy stříbra nanesené přímo na slídu a kousky postříbřeného drátu jsou vývody. Takové kondenzátory jsou lisovány z plastu. Jedná se o kondenzátory KSO. V jejich názvu je číslo charakterizující tvar a velikost kondenzátorů, například: KSO-1, KSO-5. Čím větší číslo, tím větší kondenzátor. Některé slídové kondenzátory jsou dostupné ve vodotěsných keramických pouzdrech. Říká se jim kondenzátory typu SGM. Kapacita slídových kondenzátorů je od 47 do 50000 0,05 pF (XNUMX mikrofaradů). Stejně jako keramické jsou určeny pro vysokofrekvenční obvody i pro použití jako blokování a pro komunikaci mezi vysokofrekvenčními obvody.
V papírových kondenzátorech (obr. 3) slouží jako dielektrikum tenký papír napuštěný parafínem a jako desky se používá fólie. Proužky papíru se spolu s kryty srolují a vloží do kartonového nebo kovového pouzdra. Čím širší a delší jsou desky, tím větší je kapacita kondenzátoru.
Rýže. 3. Papírové a kov-papírové pevné kondenzátory
Papírové kondenzátory se používají především v nízkofrekvenčních obvodech a také pro blokování napájecích zdrojů. Existuje mnoho typů papírových dielektrických kondenzátorů. A všechny mají ve svém označení písmeno B (Paper). Kondenzátory typu BM (Paper Small-sized) jsou uzavřeny v kovových trubkách naplněných na koncích speciální pryskyřicí.
Kondenzátory KB mají kartonová válcová pouzdra. Kondenzátory typu KBG-I jsou umístěny v porcelánových pouzdrech s kovovými koncovkami připojenými k destičkám, z nichž vybíhají úzké výstupní plátky.
Kondenzátory s kapacitou až několik mikrofaradů se vyrábějí v kovových pouzdrech. Patří sem kondenzátory typu KBG-MP, KBG-MN, KBGT. V jedné budově mohou být dva nebo tři.
Dielektrikem MBM (Metal Paper Small) kondenzátorů je lakovaný kondenzátorový papír a desky jsou kovové vrstvy o tloušťce menší než mikron nanesené na jedné straně papíru. Charakteristickým rysem kondenzátorů tohoto typu je schopnost samočinné opravy po elektrickém průrazu dielektrika.
Zvláštní skupinou kondenzátorů konstantní kapacity jsou elektrolytické (obr. 4).
Rýže. 4. Elektrolytické kondenzátory
Podle vnitřní struktury elektrolytický kondenzátor trochu připomíná papírový. Má dva proužky z hliníkové fólie. Povrch jednoho z nich je pokryt tenkou vrstvou oxidu. Mezi hliníkovými páskami je páska z porézního papíru napuštěného speciální hustou kapalinou – elektrolytem. Tento čtyřvrstvý pás se sroluje a umístí do hliníkového válcového kalíšku nebo kartuše.
Dielektrikem kondenzátoru je vrstva oxidu. Pozitivní obložení (anoda) je páska, která má vrstvu oxidu. Je spojen s okvětním lístkem izolovaným od těla. Druhý, negativní potahový (katodový) papír, napuštěný elektrolytem přes pásku, na které není žádná oxidová vrstva, je připojen k pouzdru z těžkého kovu. Těleso je tedy záporným pólem a od něj izolovaný lalok je pólem kladného obložení elektrolytického kondenzátoru. Jsou tedy uspořádány zejména kondenzátory typů KE, K50-3. Kondenzátory KE-2 se od kondenzátorů typu KE liší pouze plastovým pouzdrem se závitem a maticí pro montáž na panel. Hliníková pouzdra kondenzátorů K50-3 mají tvar kartuše o průměru 4,5–6 a délce 15–20 mm. Závěry – drát. Podobně uspořádány i kondenzátory typu K50-6. Ale mají vývody elektrod (desek) izolované od pouzder.
Na schematických diagramech jsou elektrolytické kondenzátory znázorněny stejným způsobem jako ostatní kondenzátory s konstantní kapacitou – se dvěma „pomlčkami“, ale znaménko „+“ je umístěno poblíž kladného obložení.
Elektrolytické kondenzátory mají velké kapacity v rozsahu od zlomků po několik tisíc mikrofaradů. Jsou navrženy pro provoz v obvodech s pulzujícími proudy, jako jsou filtry ve střídavých usměrňovačích, pro spojení mezi nízkofrekvenčními obvody. V tomto případě je záporná elektroda kondenzátoru připojena k zápornému pólu obvodu a kladná elektroda k jeho kladnému pólu. Pokud není dodržena polarita připojení, může dojít k selhání elektrolytického kondenzátoru.
Jmenovité kapacity elektrolytických kondenzátorů jsou napsány na jejich pouzdrech. Skutečná kapacita může být mnohem větší než jmenovitá.
Nejdůležitější charakteristikou každého kondenzátoru, kromě kapacity, je také jeho jmenovité napětí, tedy napětí, při kterém může kondenzátor pracovat po dlouhou dobu, aniž by ztratil své vlastnosti. Toto napětí závisí na vlastnostech a tloušťce dielektrické vrstvy kondenzátoru. Keramické, slídové, papírové a kovopapírové kondenzátory různých typů jsou určeny pro jmenovitá napětí od 150 do 1000 V i více.
Elektrolytické kondenzátory se vyrábějí pro jmenovitá napětí od několika voltů do 30-50 V a od 150 do 450-500 V. V tomto ohledu se dělí na dvě skupiny: nízkonapěťové a vysokonapěťové. Kondenzátory první skupiny se používají v obvodech s relativně nízkým napětím a kondenzátory druhé skupiny se používají v obvodech s relativně vysokým napětím.
Při výběru kondenzátorů pro váš návrh vždy věnujte pozornost jejich jmenovitému napětí. V obvodu s nižším napětím, než je jmenovité, lze kondenzátory zapnout, ale v obvodu s napětím vyšším než jmenovité je nelze zapnout. Pokud je na deskách kondenzátoru napětí, které překračuje jeho jmenovité napětí, dielektrikum prorazí. Rozbitý kondenzátor je nepoužitelný.
Nyní o proměnných kondenzátorech
Zařízení nejjednoduššího proměnného kondenzátoru je znázorněno na Obr. 5. Jedno z jeho obložení – stator je nehybný. Druhý rotor je připevněn k ose. Když se osa otáčí, překrývající se plocha desek a s ní i kapacita kondenzátoru se mění.
Rýže. 5. Nejjednodušší proměnný kondenzátor
Variabilní kondenzátory používané v laděných oscilačních obvodech přijímačů se skládají ze dvou skupin desek (obr. 6, a) vyrobených z hliníkového plechu nebo z mosazi. Rotorové desky jsou spojeny osou. Statorové desky jsou také spojeny a izolovány od rotoru. Při otáčení osy se desky statorové skupiny postupně dostávají do vzduchových mezer mezi deskami skupiny rotorů, proto se plynule mění kapacita kondenzátoru. Když jsou rotorové desky zcela odstraněny z mezer mezi statorovými deskami, je kapacita kondenzátoru nejmenší; nazývá se počáteční kapacita kondenzátoru. Když jsou rotorové desky zcela zasunuty mezi statorové desky, bude kapacita kondenzátoru největší, tedy maximální pro tento kondenzátor. Maximální kapacita kondenzátoru bude tím větší, čím více desek obsahuje a čím menší je vzdálenost mezi pohyblivými a pevnými deskami.
Kondenzátory znázorněné na Obr. 5 a 6a je dielektrikem vzduch. V malých kondenzátorech s proměnnou kapacitou (obr. 6, b) může být dielektrikem papír, plastové fólie, keramika. Takové kondenzátory se nazývají proměnné kondenzátory s pevným dielektrikem. I když jsou menší než vzduchové dielektrické kondenzátory, mohou mít značné maximální kapacity. Právě tyto kondenzátory se používají k ladění oscilačních obvodů malých tranzistorových přijímačů.
Rýže. 6. Kondenzátory s proměnnou kapacitou se vzduchovým (a) a pevným (b) dielektrikem
Nejběžnější proměnné kondenzátory mají počáteční kapacitu několik pikofaradů a největší 240-490 pF.
V přijímačích se dvěma ladícími oscilačními obvody se používají bloky proměnných kondenzátorů (KPI). V bloku KPI znázorněném na Obr. 7 dva kondenzátory, jejichž rotory sdílejí společnou osu. Při otáčení osy se současně mění kapacity obou kondenzátorů.
Rýže. 7. Jeden z návrhů bloku proměnných kondenzátorů
Jednotlivé kondenzátory a bloky vzduchových dielektrických proměnných kondenzátorů vyžadují pečlivé zacházení. I nepatrné zkreslení nebo jiné poškození desek vede ke zkratu mezi nimi. Oprava desek kondenzátoru je složitá záležitost.
Pevné dielektrické kondenzátory také zahrnují trimrové kondenzátory, které jsou typem proměnných kondenzátorů. Nejčastěji se takové kondenzátory používají k úpravě obvodů na rezonanci, proto se jim říká trimry. Provedení nejběžnějších trimrových kondenzátorů je uvedeno na Obr. 8. Každý z nich se skládá z poměrně masivní keramické základny a tenkého keramického kotouče. Na povrchu základny (pod diskem) a na disku jsou uloženy kovové vrstvy ve formě sektorů, což jsou desky kondenzátoru. Když se disk otáčí kolem osy, mění se oblast překrytí sektorových desek, mění se kapacita kondenzátoru.
Kapacita trimrových kondenzátorů je na jejich pouzdrech uvedena jako zlomkové číslo, kde čitatel je nejmenší a jmenovatel největší kapacita tohoto kondenzátoru. Pokud je na kondenzátoru uvedeno například 6/30, znamená to, že jeho nejmenší kapacita je 6 pF a největší je 30 pF. Trimrové kondenzátory mají obvykle nejmenší kapacitu 2–5 pF a největší až 100–150 pF. Některé z nich, např. KPK-2, lze použít jako proměnné kondenzátory pro ladění jednoduchých přijímačů s jednou smyčkou.
Kondenzátory, stejně jako rezistory, mohou být zapojeny paralelně nebo sériově. K připojení kondenzátorů se nejčastěji uchyluje v případech, kdy není po ruce žádný kondenzátor požadované jmenovité hodnoty, ale existují jiné, ze kterých lze potřebnou kapacitu vytvořit. Pokud zapojíte kondenzátory paralelně (obr. 8, a), pak bude jejich celková kapacita rovna součtu kapacit všech připojených kondenzátorů, tzn.
Ctot = C1 + C2 + C3 atd.
Pokud tedy například C1 u33d 2 pF a C47 u33d 47 pF, pak celková kapacita těchto dvou kondenzátorů bude: Ctot u80d 8 + XNUMX uXNUMXd XNUMX pF. Při sériovém zapojení kondenzátorů (obr. XNUMX, b) je jejich celková kapacita vždy menší než nejmenší kapacita zahrnutá v řetězci. Vypočítá se podle vzorce
Сtot u1d C2 C1 / (C2 + CXNUMX)
Řekněme například C1 = 220pF a C2 = 330pF; Pak Ctot = 220 330 / (220 + 330) = 132 pF. Když jsou dva kondenzátory stejné kapacity zapojeny do série, jejich celková kapacita bude poloviční než kapacita každého z nich.
