Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
КОНДЕНСАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

КОНДЕНСАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

КОНДЕНСАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ (от лат. condensa-tor, букв.- тот, кто уплотняет, сгущает) - устройство, предназначенное для получения нужных величин электрич. ёмкости и способное накапливать и отдавать (перераспределять) электрич. заряды. К. э. применяются в электрич. цепях (сосредоточенные ёмкости), электроэнергетике (компенсаторы реактивной мощности), импульсных генераторах напряжения, в измерит, целях (измерит, конденсаторы и ёмкостные датчики).

К. э. состоит из двух (иногда более) проводящих тел (обкладок), разделённых диэлектриком. Как правило, расстояние между обкладками, равное толщине диэлектрика, мало по сравнению с линейными размерами обкладок. Поэтому электрич. поле, возникающее при подключении обкладок к источнику с напряжением U, практически полностью сосредоточено между обкладками. При этом частичные собственные ёмкости электрические обкладок пренебрежимо малы по сравнению с их частичной взаимной ёмкостью, к-рая в этом приближении примерно равна ёмкости К. э. Численно ёмкость С К. э. равна заряду одной из обкладок при напряжении, равном единице: . Энергия, запасённая заряжённым до пост. напряжения U К. э., равна W=. Ёмкость К. э. зависит от абс. диэлектрич. проницаемости диэлектрика , формы и геом. размеров. Ёмкость плоского К. э., представляющего собой две металлич. плоские параллельные пластины, разделённые диэлектриком, равна (в СИ), где S - площадь обкладки, d - расстояние между обкладками (толщина диэлектрика). Кроме ёмкости К. э. обладает активным сопротивлением R и индуктивностью L. Поэтому полное сопротивление К. э. синусоидальному току с круговой частотой равно (см. Импеданс)

и выше резонансной частоты _рез⁼ носит активно-индуктивный характер. Как правило, К. э. используются на частотах, значительно меньших резонансной, на к-рых его индуктивностью обычно пренебрегают. Активное сопротивление К. э. зависит от уд. сопротивления диэлектрика, материала обкладок и выводов, формы и размеров К. э., частоты и темп-ры, индуктивность - в основном от формы и размеров К. э.

При подключении обкладок к источнику пост. напряжения К. э. заряжается до напряжения U источника. Ток, продолжающий течь через К. э. после его зарядки, наз. током утечки. Он равен I _у=U/R _из, где R _из - сопротивление изоляции, дающее осн. вклад в активное сопротивление К. э.

В цепи синусоидального напряжения ток через К. э. опережает по фазе напряжение на угол, близкий к 90°, и может быть представлен в виде суммы двух составляющих: реактивной (ёмкостной) составляющей тока (опережающей по фазе напряжение на 90°) и активной составляющей тока (совпадающей по фазе с напряжением). Отношение амплитуд или действующих значений этих составляющих определяет тангенс угла диэлектрич. потерь К. э.: , где I _а и I _р - действующие значения активной и реактивной составляющих тока через К. э. Угол дополняет сдвиг фаз между током и напряжением К. э. до 90°. Реактивная мощность К. э. . Мощность тепловых потерь энергии в К. э. . Любой К. э. при достаточном увеличении напряжения пробивается (происходит разряд между обкладками). Пробивное напряжение определяется электрич. прочностью диэлектрика К. э. в конкретных условиях эксплуатации.

При изготовлении К. э. используется неск. базовых конструкций (рис. ). В простейшем случае это плоский К. э.- две плоские металлич. обкладки, разделённые диэлектриком (а), или плоский многопластинчатый К. э., содержащий п обкладок, соединённых параллельно ( б). Эти две конструкции чаще применяются в К. э. с неорганич. диэлектриками. Кроме них в керамич. К. э. используются ещё две конструкции - цилиндрич. и многосекционная ( в и г). В К. э. с органич. диэлектриками базовой конструкцией является спиральный К. э. , в к-ром обкладки и диэлектрики представляют собой ленты, скручиваемые спиралью. Эта же конструкция часто применяется в К. э. с оксидным диэлектриком. В них диэлектриком служит тонкая оксидная плёнка, к-рая наносится на одну из обкладок (анод) электролитич. путём. Объёмно-пористый анод разл. формы получается спеканием металлич. порошка (алюминий, ниобий, тантал). В результате анод имеет большую эфф. поверхность, отделённую от второй обкладки тонкой изолирующей оксидной плёнкой, что определяет большую ёмкость оксидно-электролитич. К. э. В качестве второй обкладки используют жидкий или пастообразный электролит, проникающий в поры анода.

В подстроечных К. э. применяются дисковые, пластинчатые и цилиндрич. конструкции, а диэлектриком в них служит конденсаторная керамика или воздух.

В качестве К. э. часто используются электрически управляемые конденсаторы ( вариконды), а также полупроводниковые транзисторы и диоды с запертыми р - n -переходами.

Лит.: Р е н н е В. Т., Электрические конденсаторы, 3 изд., Л., 1969; Горячева Г. А., Добромыслов Е. Р., Конденсаторы. Справочник, М., 1984.

Ф. Н. Шакирзянов.