Зарядное устройство для дрели шуруповерта

Зарядное устройство для шуруповерта

Нередко покупатели дрели жалуются, что «родное» зарядное устройство для шуруповерта слишком медленно заряжает аккумулятор. В результате приходится неоднократно откладывать работу на 2-4 часа. Существует 2 варианта, как можно избежать подобной ситуации. В первом случае потребуется приобрести новое зарядное устройство, во втором – сделать его своими руками.

Разновидности аккумуляторов

Чтобы разобраться, как сделать зарядное устройство для шуруповерта, в первую очередь необходимо изучить разновидности аккумуляторов и их режимы заряда. Существует 3 вида батареек:

Никель-кадмиевые

Данный вид именуется как Ni-Cd, он считается хорошим источником напряжения, который способен отдавать большую мощность. Единственным недостатком является то, что такие аккумуляторы попали в список запрещенных изделий по экологическим нюансам, поэтому в продаже такая разновидность теперь будет встречаться намного реже.

Никель-кадмиевые батареи обладают энергоемкостью от 1200 до 1500 мА/ч. Общая мощность обеспечивается и поддерживается количеством банок внутри

Максимальное напряжение ячейки составляет 1,2 В. Аккумулятор заряжается электротоком 0,1-1 номинальной емкости. Получается, что батарею с ёмкостью в 5 А*ч разрешается подзаряжать током 0,5-5 А.

ВИДЕО: 5 правил зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов

Сернокислотные аккумуляторы для шуруповерта

Другое название – Pb с кислотным гелевым наполнением. Они обладают средними характеристиками и низкой стоимостью. Минус – аккумуляторы имеют большую массу, за счет чего утяжеляют аппарат. Основное преимущество заключается в возможности использования в любом положении, при этом из емкости не вытекает электролит.

Главная их особенность — это высокое напряжение и сопротивление, благодаря чему даже к концу цикла «заряд-разряд» не наблюдается резкого падения напряжения

Максимальный уровень напряжения ячейки составляет 2 В, при этом ток зарядки батареи всегда соответствует показателю 0,1 С.

Литий-ионные батареи для шуруповерта

Наиболее распространенный вид благодаря полной герметичности емкости. Данный вариант отличается повышенной удельной мощностью, безопасностью, экологичностью, незначительной массой и простотой в утилизации.

Литий-ионный аккумулятор для шуруповёрта Li-ion 18650 Samsung 12.6V (Вольт) 2400mAh

Литий-ионная ячейка обладает максимальной мощностью в 3,3 Вольта. Напряжение разрешается плавно увеличивать при комнатной температуре с 0,1 до 1 С. Таким образом ускоряется процесс зарядки. Но данный метод подходит только для тех аккумуляторов, которые не переразряжались.

Здесь важно помнить, что заряд шуруповерта происходит до 4,2 Вольта, его превышение повлияет на уменьшение эксплуатационного срока, снижение – сократит емкость. Очень важно при подзарядке отслеживать температуру.

Количество элементов

Максимальное напряжение, Вольт

Напряжение по инструкции, Вольт

Окончание заряда, Вольт

При разработке схемы зарядного устройства для шуруповерта своими руками очень важно учитывать, какой именно аккумулятор планируется заряжать. А также нужно дополнительно просчитывать его напряжение – 12 Вольт или 18 Вольт. При работе зарядника для шуруповерта необходимо отслеживать процесс при помощи мультиметра или системой с компаратором напряжения, которая прошла предварительную настройку под определенный тип батареи.

ВИДЕО: Правила выбора аккумулятора для шуруповерта

Как самому собрать зарядное устройство

Создание самодельного зарядного для шуруповерта требует соблюдения техники безопасности и проведения работы строго по заданной схеме. Можно воспользоваться ниже приведенным чертежом, который является универсальным, поскольку такое зарядное оборудование будет подходить для любого типа аккумулятора. Здесь важным параметром является только ток заряда.

При подзарядке значение тока полностью соответствует имеющему состоянию батареи, а при завершении процесса показатель становится немножко больше.

Схема самого простого ЗУ для шуруповерта

Зарядное устройство для шуруповерта выступает в качестве генератора электротока на транзисторе VT2. Он, в свою очередь, получает питание через выпрямительный мост, контактирующий с занижающим трансформатором. Уровень тока заряда настраивается регулятором резистора R1 при включенной батарее. Он всегда будет оставаться неизменным. R3 работает ограничителем номинального электротока. VD 6 – светодиод, он выступает в качестве индикатора, определяющего, зарядка продолжается или уже завершилась.

Все составляющие из схемы зарядного устройства для шуруповерта устанавливаются на печатной плате, в качестве диодов можно использовать отечественные приборы КД202 и д242. Размещать элементы требуется таким образом, чтобы на плате было минимальное количество пересечений, идеальным вариантом послужит, если не окажется ни одного. Оставляйте между деталями не менее 3 мм.

Транзистор монтируется на теплоотводе 25-55 см 2 . Поле подключения составляющих зарядки для шуруповертов их нужно накрыть корпусом. Здесь могут возникнуть трудности с клеммами и подсоединением батареи. Поэтому дорабатывать зарядное устройство шуруповерта лучше методом модернизации старого:

  • вскройте корпус устаревшего подзарядного устройства;
  • уберите из него все составляющие детали и другую начинку;
  • установите в корпус самодельную схему.

В схеме должны присутствовать следующие элементы:

Зарядные устройства для шуруповерта 12В в Москве

Совместимый бренд: Вихрь, тип оснастки: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, напряжение: 12 В, совместимость: ДА-12Л-2К

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство ВИХРЬ АП12Л1 12 В

Автоматическое зарядное устройство ЗУ-А 12-0.4 предназначено для заряда свинцовых, Ni-MH и Ni-CD аккумуляторов, используемых в том числе в шуруповертах. ЗУ-А представляет собой адаптер, включаемый в розетку с напряжением переменного тока 220В (50 Гц). Технические характ.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

ЗУ-А 12-0.4, Зарядное устройство для шурупове.

Тип: зарядное устройство, Напряжение АКБ: 12 В, автоматическая зарядка, функции: встроенный амперметр, Максимальная емкость АКБ: 90 А·ч, индикация: аналоговая, регулирование тока заряда: автоматическое

Читайте также:
Как правильно красить лепнину

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство Кедр-авто-5 (5A 12В)

совместимый бренд: BOSCH, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 1.50 А·ч, совместимость: 2607335261, 2607335262, 2607335289, 2607335290, 2607335374, 2607335395, 2607335396, 2607335408, 260.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-048-BOS12A-15.

Совместимый бренд: Hammer, тип оснастки: зарядное устройство, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, совместимость: Hammer ACD120LE, Hammer ACD121LE, Hammer ACD122LE, Hammer ACD141LE, Hammer LZK1000LE

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство Hammer Zu120le 12 В

Тип: зарядное устройство, Напряжение АКБ: 6/12 В, функции: режим зимней зарядки, Максимальная емкость АКБ: 70 А·ч

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство Telwin T-Charge 12 EVO

совместимый бренд: AEG, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: слайдер, напряжение: 12 В, емкость: 1.50 А·ч, совместимость: B1215R, B1214G, B1214 G, B 1214G, B 1214 G, M1230R, 0700 980 320, B1220R, M1230R, TB2112R.19C, BS12G.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-173-AE(G)12B-.

Совместимый бренд: DeWALT, тип: аккумулятор, тип аккумулятора: Li-Ion, конструкция аккумулятора: слайдер, напряжение: 18 В, емкость: 2 А·ч

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок DeWALT DCB183-XJ 18 В 2 А.

Совместимый бренд: BOSCH, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Li-Ion, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 3 А·ч, совместимость: Bosch GLI 12V-330, Bosch GUS 12V-300, Bosch GSR 120-LI, Bosch GSC 12V-13, Bosch GLI 12V-80, Bosch GLI.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок BOSCH 1600A00X79 12 В 3 А.

Универсальное зарядное устройство для шуруповерта (12V) по выгодной цене

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Универсальное зарядное устройство для шурупов.

Устройство зарядное DEWALT DCB115 применяется для зарядки аккумуляторов напряжением 10,8, 14,4, 18 В. Особенностью данного устройства является двухэтапная система зарядки, которая обеспечивает максимальное время работы и срок службы аккумулятора. Прибор оснащен светодио.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство DeWALT DCB115-QW 10.8 В

Совместимый бренд: Интерскол, тип оснастки: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, напряжение: 12 В

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство Интерскол 2401.014 12 В

Зарядное устройство подходит для шуруповертов 12В по выгодной цене

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство подходит для шуруповертов.

Зарядное устройство для шуруповертов 10-12В по выгодной цене

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для шуруповертов 10-12В

Универсальное зарядное устройство для шуруповертов по выгодной цене

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Универсальное зарядное устройство для шурупов.

Зарядное устройство, подходит для ремонта шуруповертов 12 V

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для шуруповертов 12 V

Тип: зарядное устройство

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для шуруповертов 12 V

Совместимый бренд: BOSCH, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 2 А·ч

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок ЗАРЯД НКБ-1220-БШ-A 12 В.

Совместимый бренд: Интерскол, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Ni-Cd, конструкция аккумулятора: обойма, напряжение: 12.14 В, емкость: 1.50 А·ч

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для шуруповерта тип Интер.

Совместимый бренд: Интерскол, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Ni-Cd

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для шуруповерта тип Интер.

тип: пуско-зарядное устройство, Напряжение АКБ: 12 В, минимальный ток заряда: 2 А, максимальный ток заряда: 3.50 А, максимальный ток пуска: 400 А, встроенная батарея, емкость встроенной батареи: 14000 мА·ч, Функция зарядки мобильных устройств (Powerbank), встроенный фон.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Пуско-зарядное устройство Artway JS-1014

Совместимый бренд: Makita, тип: аккумулятор, тип аккумулятора: Li-Ion, конструкция аккумулятора: слайдер, напряжение: 12 В, емкость: 4 А·ч, максимальное время зарядки: 1 ч

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Makita 197406-2 12 В 4 А·.

Совместимый бренд: Hammer, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, конструкция аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, совместимость: Hammer – ACD122GLi, Hammer – ACD120GLi

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство Hammer ZU122GLi 12 В

Совместимый бренд: PATRIOT, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, напряжение: 12 В, совместимость: BR 101Li, BR 104Li, 111Li, BR 114Li

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство PATRIOT 180201110 12 В

Совместимый бренд: Интерскол, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Ni-Cd, Ni-Mh, конструкция аккумулятора: обойма, совместимость: Для аккумуляторов Интерскол Nicd 12-18В

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство универсальное для аккумул.

совместимый бренд: Hitachi, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 2 А·ч, совместимость: BCC1205, BCC1210, BCC1212, BCC1215, BCC1220, EB12, EB1212S, EB1214L, EB1214S, EB1220BL, EB1220HL, EB.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-061-HIT12B-20.

Удобство и электропитание в дороге – аккумулятор Bosch PBA 12V 2.5Ah O-B гарантирует гибкость при работе дома или в саду. Практически любой домашний проект можно завершить на одной зарядке аккумулятора. Этот высокопроизводительный аккумулятор отличается большим сроком с.

Читайте также:
Как починить светильник своими руками

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок BOSCH 1600A00H3D 12 В 2.5.

Совместимый бренд: ЗУБР, тип оснастки: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, совместимость: АКБ-12-Ли 15М3

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство ЗУБР БЗУ-12 М3 12 В

Совместимый бренд: Вихрь, тип оснастки: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, напряжение: 12 В, совместимость: ДА-14,4Л-2К

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство ВИХРЬ АП14Л1 12 В

Совместимый бренд: BOSCH, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 1.50 А·ч, совместимость: BOSCH PSR 12 V, BOSCH PSR 12/2 V, BOSCH PSB 12 VE-2, BOSCH GSR 12 V, BOSCH GSR 12 VE-2, BOSCH GSB 1.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Hammer AKB1215 12 В

Совместимый бренд: Ресанта, тип оснастки: адаптер, напряжение: 12 В, совместимость: ДА-12-2Л,ДА-12-2ЛК

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Адаптер РЕСАНТА АП12Л1 12 В

Совместимый бренд: Калибр, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, напряжение: 12 В

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство КАЛИБР 101251 12 В

Совместимый бренд: Вихрь, тип: зарядное устройство, напряжение: 12 В, совместимость: ДА-12Л-2К

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство ВИХРЬ АП12Л1 KP 12 В

Зарядное устройство ONE+ Ryobi RC18120 5133002891

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство Ryobi ONE+ RC18120

совместимый бренд: Hitachi, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 1.50 А·ч, совместимость: Hitachi DS12DM, Hitachi DS12DVB2, Hitachi DS12DVF3, Hitachi WH12DAF2, Hitachi WR12DAF2, Hitachi W.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Hammer AKH1215 12 В 1.5 А.

Совместимый бренд: Интерскол, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Ni-Cd, конструкция аккумулятора: обойма, напряжение: 12.14 В

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для шуруповерта ИНТЕРСКОЛ.

Совместимый бренд: Вихрь, тип: сетевой адаптер, тип аккумулятора: Li-Ion, напряжение: 12 В, совместимость: ДА-18Л-2К

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Сетевой адаптер ВИХРЬ АП18Л1 12 В

Тип: зарядное устройство, автоматическая зарядка, индикация: аналоговая, регулирование тока заряда: автоматическое

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для Интерскол ДА-12,14.4.

Совместимый бренд: Hitachi, тип: зарядное устройство, тип аккумулятора: Ni-Cd, напряжение: 12 В

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для Hitachi 12В Ni-Cd

совместимый бренд: BOSCH, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Li-Ion, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 10.80 В, емкость: 1.50 А·ч, совместимость: 2607336780, 1 600 Z00 02X, 1 600 Z00 02Y, 1600Z0002X, 1600Z0002Y, 2607336013, 2607336014, 26073.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-010-BOS10-15L.

совместимый бренд: metabo, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 2 А·ч, совместимость: 6.02151.50, 6.25471, 6.25473, 6.25474, 6.25479, 625473000, 6.25486, TL2482R.20Q, 6.02151.51

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Pitatel TSB-103-MET12A-20.

Аккумуляторный блок 12 В GBA 1600Z0002X (1607A350C5) относится к профессиональной серии и предназначен для использования с профессиональными инструментами BoschДанный аккумулятор является бесспорным бестселлером в своей категории. Компактность и небольшой вес для более.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок BOSCH 1600Z0002X 10.8 В 2.

Совместимый бренд: Hitachi, тип оснастки: зарядное устройство, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство Hammer ZU 12H 12 В

Совместимый бренд: ЗУБР, тип оснастки: зарядное устройство, тип аккумулятора: Li-Ion, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, совместимость: ДШЛ-122-1 КН, ДА-12-2-Ли КМ2, ДА-12-2-Ли КНМ2, ДА-14.4-2-Ли КМ2, ДА-14.4-2-Ли КНМ2, ДА-18-2-Ли КНМ2

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство ЗУБР БЗУ-12-18 М2 12 В

Совместимый бренд: Makita, тип оснастки: аккумуляторный блок, тип аккумулятора: Ni-Cd, устройство аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 1.30 А·ч

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумуляторный блок Makita 193981-6 12 В 1.3.

В магазине Мировые моторы вы можете купить Зарядное устройство (№010148F12) для аккумуляторов,подходит на китайский шуруповерт 12В по выгодной цене. В ассортименте нашего магазина представлены только качественные товары ведущих мировых производителей. Оптовые цены, пост.

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство (№010148F12) для аккумуля.

Зарядное устройство для шуруповертов Интерскол по выгодной цене

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Зарядное устройство для шуруповертов Интерско.

Совместимый бренд: BOSCH, тип: аккумулятор, тип аккумулятора: Ni-Cd, конструкция аккумулятора: обойма, напряжение: 12 В, емкость: 2 А·ч

Самовывоз, Почта РФ, Курьером, Логистическая компания

Аккумулятор BOSCH 2 607 335 542 Ni-Cd 12 В 2.

Заряд и разряд конденсатора

Для того чтобы зарядить конденсатор, необходимо включить его в цепь постоянного тока. На рис. 1 показана схема заряда конденсатора. Конденсатор С присоединен к зажимам генератора. При помощи ключа можно замкнуть или разомкнуть цепь. Рассмотрим подробно процесс заряда конденсатора.

Генератор обладает внутренним сопротивлением. При замыкании ключа конденсатор зарядится до напряжения между обкладками, равного э. д. с. генератора: Uс = Е. При этом обкладка, соединенная с положительным зажимом генератора, получает положительный заряд (+ q ), а вторая обкладка получает равный по величине отрицательный заряд ( -q ). Величина заряда q прямо пропорциональна емкости конденсатора С и напряжению на его обкладках: q = CUc

Читайте также:
Как сделать электрический подогрев стен?

P ис. 1 . Схема заряда конденсатора

Для того чтобы обкладки конденсатора зарядились, необходимо, чтобы одна из них приобрела, а другая потеряла некоторое количество электронов. Перенос электронов от одной обкладки к другой совершается по внешней цепи электродвижущей силой генератора, а сам процесс перемещения зарядов по цепи есть не что иное, как электрический ток, называемый зарядным емкостным током I зар.

Зарядный ток в цени протекает обычно тысячные доли секунды до тех пор, пока напряжение на конденсаторе достигнет величины, равной э. д. с. генератора. График нарастания напряжения на обкладках конденсатора в процессе его заряда представлен на рис. 2,а, из которого видно, что напряжение Uc плавно увеличивается, сначала быстро, а затем все медленнее, пока не станет равным э. д. с. генератора Е. После этого напряжение на конденсаторе остается неизменным.

Рис. 2. Графики напряжения и тока при заряде конденсатора

Пока конденсатор заряжается, по цепи проходит зарядный ток. График зарядного тока показан на рис. 2,б. В начальный момент зарядный ток имеет наибольшую величину, потому что напряжение на конденсаторе еще равно нулю, и по закону Ома io зар = E/ R i , так как вся э. д. с. генератора приложена к сопротивлению R i.

По мере того как конденсатор заряжается, т. е. возрастает напряженно на нем, для зарядного тока уменьшается. Когда напряженно па конденсаторе уже имеется, падение напряжения на сопротивление будет равно разности между э. д. с. генератора и напряжением на конденсаторе, т. е. равно Е – U с. Поэтому i зар = (E-Uс)/R i

Отсюда видно, что с увеличением Uс уменьшается i зар и при Uс = E зарядный ток становится равным нулю.

Про закон Ома подробнее смотрите здесь: закон Ома для участка цепи

Продолжительность процесса заряда конденсатора зависит от двух величии:

1) от внутреннего сопротивления генератора R i ,

2) от емкости конденсатора С.

На рис. 2 показаны графики нарядных токов для конденсатора емкостью 10 мкф: кривая 1 соответствует процессу заряда от генератора с э. д. с. Е = 100 В и с внутренним сопротивлением R i = 10 Ом, кривая 2 соответствует процессу заряда от генератора с такой же э. д. с, но с меньшим внутренним сопротивлением: R i = 5 Ом.

Из сравнения этих кривых видно, что при меньшем внутреннем сопротивлении генератора сила нарядного тока в начальный момент больше, и поэтому процесс заряда происходит быстрее.

Рис. 2. Графики зарядных токов при разных сопротивлениях

На рис. 3 дается сравнение графиков зарядных токов при заряде от одного и того же генератора с э. д. с. Е = 100 В и внутренним сопротивлением R i = 10 ом двух конденсаторов разной емкости: 10 мкф (кривая 1) и 20 мкф (кривая 2).

Величина начального зарядного тока io зар = Е/ Ri = 100/10 = 10 А одинакова для обоих конденсаторов, по так как конденсатор большей емкости накапливает большее количество электричества, то зарядный его ток должен проходить дольше, и процесс заряда получается более длительным.

Рис. 3. Графики зарядных токов при разных емкостях

Отключим заряженный конденсатор от генератора и присоединим к его обкладкам сопротивление.

На обкладках конденсатора имеется напряжение U с, поэтому в замкнутой электрической цепи потечет ток, называемый разрядным емкостным током i разр.

Ток идет от положительной обкладки конденсатора через сопротивление к отрицательной обкладке. Это соответствует переходу избыточных электронов с отрицательной обкладки на положительную, где их недостает. Процесс рам ряда происходит до тех пор, пока потенциалы обеих обкладок не сравняются, т. е. разность потенциалов между ними станет равном нулю: Uc=0 .

На рис. 4, а показан график уменьшения напряжения на конденсаторе при разряде от величины Uc о =100 В до нуля, причем напряжение уменьшается сначала быстро, а затем медленнее.

На рис. 4,б показан график изменения разрядного тока. Сила разрядного тока зависит от величины сопротивления R и по закону Ома i разр = Uc / R

Рис. 4. Графики напряжения и токов при разряде конденсатора

В начальный момент, когда напряжение па обкладках конденсатора наибольшее, сила разрядного тока также наибольшая, а с уменьшением Uc в процессе разряда уменьшается и разрядный ток. При Uc=0 разрядный ток прекращается.

Продолжительность разряда зависит:

1) от емкости конденсатора С

2) от величины сопротивления R , на которое конденсатор разряжается.

Чем больше сопротивление R , тем медленнее будет происходить разряд. Это объясняется тем, что при большом сопротивлении сила разрядного тока невелика и величина заряда на обкладках конденсатора уменьшается медленно.

Это можно показать на графиках разрядного тока одного и того же конденсатора, имеющего емкость 10 мкф и заряженного до напряжения 100 В, при двух разных величинах сопротивления (рис. 5): кривая 1 — при R = 40 Ом, i оразр = Uc о/ R = 100/40 = 2,5 А и кривая 2 – при 20 Ом i оразр = 100/20 = 5 А.

Читайте также:
Как очистить алюминий от окисления: эффективные способы

Рис. 5. Графики разрядных токов при разных сопротивлениях

Разряд происходит медленнее также тогда, когда емкость конденсатора велика. Получается это потому, что при большей емкости на обкладках конденсатора имеется большее количество электричества (больший заряд) и для стекания заряда потребуется больший промежуток времени. Это наглядно показывают графики разрядных токов для двух конденсаторов раиной емкости, заряженных до одного и того же напряжения 100 В и разряжающихся на сопротивление R =40 Ом (рис. 6 : кривая 1 — для конденсатора емкостью 10 мкф и кривая 2 — для конденсатора емкостью 20 мкф).

Рис. 6. Графики разрядных токов при разных емкостях

Из рассмотренных процессов можно сделать вывод, что в цепи с конденсатором ток проходит только в моменты заряда и разряда, когда напряжение на обкладках меняется.

Объясняется это тем, что при изменении напряжения изменяется величина заряда на обкладках, а для этого требуется перемещение зарядов по цепи, т. е. по цепи должен проходить электрический ток. Заряженный конденсатор не пропускает постоянный ток, так как диэлектрик между его обкладками размыкает цепь.

В процессе заряда конденсатор накапливает энергию, получая ее от генератора. При разряде конденсатора вся энергия электрического поля переходит в тепловую энергию, т. е. идет на нагрев сопротивления, через которое разряжается конденсатор. Чем больше емкость конденсатора и напряжение на его обкладках, тем больше будет энергия электрического поля конденсатора. Величина энергии, которой обладает конденсатор емкостью С, заряженный до напряжения U, равна: W = W с = С U 2 /2

Пример. Конденсатор С=10 мкф заряжен до напряжении U в = 500 В. Определить энергию, которая выделится в вило тепла на сопротивлении, через которое разряжается конденсатор.

Решение. Пpи разряде вся энергия, запасенная конденсатором, перейдет в тепловую. Поэтому W = W с = С U 2 /2 = (10 х 10 -6 х 500)/2 = 1,25 дж.

Конденсатор

Конденсатор имеет следующее схематическое изображение

Рассмотрим водопроводную модель конденсатора. Ранее мы говорили о том, что ток может течь только в трубе, соединенной в кольцо в замкнутой цепи. Но можно представить пустую емкость, в которую можно заливать воду, пока емкость не заполнится. Это и есть конденсатор — емкость, в которую можно заливать заряд.

Для большей аналогии лучше представить себе водонапорную башню, в модели – трубу бесконечной длины поставленную вертикально. Вода насосом закачивается в эту трубу с нижнего торца и поднимается на высоту. Чем больше воды закачали и чем выше она поднялась – тем сильнее столб воды давит на днище и выше там давление. Так-то в эту бесконечную трубу можно сколько угодно воды (электрического заряда) закачать, но при этом противодавление столба воды будет расти. Если качать заряд генератором напряжения, то когда противодавление сравняется с давлением (напряжением), создаваемым генератором – закачка остановится.

Если характеристикой резистора является сопротивление, то электрической характеристикой конденсатора является емкость.

С=Q/U

Емкость говорит, сколько заряда можно в конденсатор закачать, чтобы напряжение там поднялось до величины U. Можно сказать, что емкость характеризует диаметр трубы. Чем ýже труба, тем быстрее поднимается уровень воды при закачке и растет давление на дне трубы. Давление же зависит только от высоты водяного столба, а не от массы закачанной воды.

В электрических терминах, чем меньше емкость конденсатора, тем быстрее растет напряжение при закачке туда заряда.

Напомню, что электрический ток I равен количеству протекающего заряда Q в секунду. То есть I=Q/T, где T – время. Это все равно, что поток воды исчисляемый кубометрами в секунду. Или килограммами в сек, потом проверим по размерности).

Поэтому конденсатор с маленькой емкостью заполняется зарядом быстро, а с большой емкостью – медленно.

Рассмотрим теперь электрические цепи с конденсатором.

Пусть конденсатор подключен к генератору напряжения.

рис 9. Подключение конденсатора к генератору напряжения.

“Главный инженер повернул рубильник” S1 и.. тыдыщ. Что произошло?

Идеальный генератор напряжения имеет бесконечную мощность и может выдавать бесконечный ток. Когда замкнули рубильник в нашу емкость хлынуло бесконечное количество заряда в секунду и она мгновенно заполнилась и напряжение на ней выросло до U.

Теперь рассмотрим более реальную цепь.

Это Вторая Главная Цепь в жизни инженера-электронщика (после делителя напряжения) —
RC–цепочка.

RC–цепочка

RC -цепочки бывают интегрирующего и дифференцирующего типа.

RC–цепочка интегрирующего типа

Что произойдет в этой схеме, если замкнуть выключатель S1?

Конденсатор С исходно разряжен и напряжение на нем рано 0. Поэтому ток в первый момент будет равен I=U/R. Затем конденсатор начнет заряжаться, напряжение на нем увеличивается, и ток через резистор начнет уменьшаться. I=(U-Uc)/R. Этот процесс будет продолжаться, конденсатор будет заряжаться уменьшающимся током до напряжения источника U. Напряжение на конденсаторе при этом будет расти по экспоненте.

рис 11. График роста напряжения на конденсаторе при подаче напряжения величиной U (ступеньки).

Вопрос: А если запитать такую цепочку от генератора тока, как будет расти напряжение на конденсаторе?

Почему цепочка называется – «интегрирующего типа»?

Как выше было отмечено, ток в первый момент после подачи напряжение будет равен I=U/R, так как конденсатор разряжен, и напряжение на нем равно 0. И какое-то время, пока напряжение на конденсаторе Uc мало по сравнению с U, ток будет оставаться почти постоянным. А при заряде конденсатора постоянным током напряжение на нем растет линейно.

Читайте также:
Качели на цепях со спинкой: примеры и варианты исполнения, отзывы

Uc=Q/C, а мы помним, что ток это количество заряда в секунду, то есть скорость протекания заряда. Другими словами, заряд это интеграл от тока.

Q = ∫ I * dt =∫ U/R * dt

Uc=1/RC * ∫ U * dt

Но все это близко к истине в начальный момент, пока напряжение на конденсаторе малó.

На самом деле все сводится к тому, что конденсатор заряжается постоянным током.
А постоянный ток выдает генератор тока. (См. вопрос выше)
Если источник напряжения выдает бесконечно большое напряжение и сопротивление R также имеет бесконечно большую величину, то по факту мы имеем уже идеальный генератор тока, и внешние цепи на величину этого тока влияния не оказывают.

RC–цепочка дифференцирующего типа

Ну тут все то же самое, что в интегрирующей цепочке, только наоборот.

рис 12. Дифференцирующая цепочка.

Более подробно свойства RC цепей хорошо освещены в интернете.

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Так же как резисторы, конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно.

При параллельном соединении емкости складываются – ну это и понятно, это как заполнять сообщающиеся сосуды, общий объем получается равным сумме объемов. При последовательном же соединении получится так, что конденсатор с маленькой емкостью заполнится зарядом быстрее, чем конденсатор с большой емкостью. Напряжение на маленьком конденсаторе быстро вырастет почти до напряжения источника ( ну и остальные конденсаторы внесут свой вклад) , ток в общей цепи уменьшится до нуля, и процесс заряда конденсаторов прекратится. Таким образом емкость последовательно соединенных конденсаторов получается меньше емкости самого маленького из них.

Upd.
Рассмотрим более подробно процесс заряда конденсатора на схеме рис.10 (по мотивам учебника И.В.Савельева “Курс общей физики”, том II. “Электричество” )
Как было сказано в предыдущей статье О природе электрического тока электрический ток – это движение заряженных частиц. В проводниках ( в отличие от диэлектриков-изоляторов) часть электронов является свободными и такие электроны могут перескакивать от одного атому к другому. В целом проводник электрически нейтрален – отрицательный заряд электронов компенсируется положительным зарядом ядер атомов. Чтобы заставить электроны двигаться нужно создать их избыток на одном конце проводника и недостаток на другом. Этот избыток электронов на одном полюсе создает батарейка вследствие протекающих в ней электрохимических реакций. Когда проводник присоединяется к полюсам батарейки электроны от полюса, где их избыток начинают двигаться к другому полюсу, потому что одноименные заряды отталкивают друг друга. Эти свободные электроны движутся внутри проводника по всему объему.
Движение электронов в RC цепи на рис. 3 имеет другой характер. Поскольку цепь не замкнута (обкладки конденсатора не соединены друг с другом) постоянный ток в цепи идти не может. Поэтому поступающий избыток электронов с полюса батарейки приводит к тому, что проводник теряет электрическую нейтральность. Избыточный заряд q, распределяется по поверхности проводника так, чтобы напряженность поля внутри проводника была равна нулю. Ну это понятно, одноименные заряды отталкиваются и стремятся расположиться подальше друг от друга, то есть на поверхности. Если бы не было резистора R, то перераспределение зарядов по поверхности происходило бы мгновенно. Однако резистор ограничивает ток ( движение зарядов) поэтому перераспределение происходит постепенно. По мере зарядки конденсатора напряжение на нем растет и ток через резистор уменьшается. Избыточные электроны концентрируются на одной обкладке и создают электрическое поле. Это поле отталкивает электроны, находящиеся на другой обкладке и “проталкивает” их дальше по проводнику к отрицательному полюсу батареи. (Знаки + и в данном случае берем условно). Таким образом в незамкнутой цепи протекает ток заряда конденсатора. Этот ток не постоянный и уменьшается со временем. Однако, если в какой-то момент поменять полярность батареи, то ток потечет уже в обратную сторону. Если это переключение делать достаточно часто, так чтобы конденсатор не успевал полностью зарядиться, то в цепи все время будет течь ток, то в одну, то в другую сторону. Это и происходит, когда говорят, что “конденсатор проводит переменный ток”.
Для плоского конденсатора емкость равна С=ε0*ε*S/d , где d – зазор между обкладками, ε – диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего зазор, S – площадь обкладок.
То есть на емкость влияет не только площадь обкладок и расстояние между ними, но и материал диэлектрика, который между обкладками помещен. Причем на емкость конденсатора материал диэлектрика может влиять достаточно сильно, с разными дополнительными эффектами, см. например статью “Поляризация диэлектрика”

Литература
“Драма идей в познании природы”, Зельдович Я.Б., Хлопов М.Ю., 1988
“Курс общей физики”, том II. “Электричество” И.В.Савельев
Википедия – статьи про электричество.

Как правильно заряжать конденсаторы

Практически на каждой печатной плате самого простого электронного прибора находится конденсатор – радиоэлектронное устройство, способное оперативно накапливать электрический заряд и так же быстро передавать энергию далее по цепи, питая другие ее элементы. Описанная цикличность является характерным признаком нормальной работы данного устройства.

Читайте также:
Кратность воздухообмена в спортивном зале: нормы и правила обустройства вентиляции в спортзале

Содержание статьи

  • Параметры и принцип работы
  • Виды и области применения
  • Способы зарядки и разрядки конденсатора

Изделие состоит из двух проводящих обкладок (тонкие металлические пластинки) и диэлектрического материала между ними (бумага, воздух, стекло и керамика, пластик, слюда, оксидные пленки). Несмотря на простую конструкцию, устройство способно выполнять множество полезных функций:

  • фильтровать высокочастотные помехи;
  • накапливать энергию;
  • разделять сигнал на постоянные и переменные составляющие;
  • использоваться в качестве источника опорного напряжения;
  • сглаживать и уменьшать пульсации;
  • усиливать сигнал.

Параметры и принцип работы

Величина электричества, накапливаемого изделием, а также периоды циклов разрядки и зарядки конденсатора определяются характеристиками, зависящими от типа конкретной модели. Благодаря широким пределам параметров и характеристик данные радиодетали могут успешно применяться для различных целей.

Эти параметры без затруднений определяются по маркировке на корпусе элемента. Конденсаторы, произведенные в России и постсоветском пространстве, в обязательном порядке имеют буквенно-цифровую маркировку, обозначающую технологию и тип, ТКЕ, номинальное напряжение, значение емкости и погрешность производства, а также дату изготовления. Для импортных аналогов характерно только обозначение емкости. На схемах конденсатор изображается двумя параллельными черточками.

Основные и дополнительные параметры:

  • Емкость (С) – способность радиодетали накапливать электричество (измеряется в фарадах). Емкость самых мощных конденсаторов достигает нескольких десятков фарад.
  • Удельная емкость – помогает определить отношение емкости к массе или объему изделия (очень важный для микроэлектроники параметр).
  • Номинальное напряжение (Uн) – позволяет определить предельную величину, при которой конденсатор может эксплуатироваться.
  • Полярность – важный параметр, несоблюдение которого может привести к выходу радиоэлемента из строя и даже взрыву.
  • Опасность разрушения – для предотвращения взрыва и замыкания устройство может быть оснащено предохранительным клапаном или специальными насечками на крышке.

Существуют также и паразитные параметры, которые производители стараются снизить при изготовлении продукции. Выбирая радиодетали, следует учитывать стабильность, емкость, ток утечки, рабочее напряжение, точность и температурный коэффициент емкости.

Принцип работы заключается в накоплении электрических зарядов благодаря присутствию диэлектрического материала между металлическими пластинками, на которых собираются электроны и ионы. Проходя через данное устройство, сила тока имеет наибольшее значение и минимальное напряжение, но по мере накопления электроэнергии напряжение возрастает, а сила тока наоборот падает до тех пор, пока не исчезнет совсем. При идеальных условиях время зарядки конденсатора равно нулю.

Виды и области применения

Существует много способов классификации современных конденсаторов, которые позволяют группировать их в зависимости от типа конструкции, рабочего напряжения, видов поляризации и назначения, изменению емкости, а также разновидности диэлектрика.

Виды поляризации:

  • ионная и ионно-релаксационная;
  • объемная;
  • дипольно-релаксационная;
  • электронная и электронно-релаксационная;
  • спонтанная.

Исходя из конструктивных особенностей, различают трубчатые и цилиндрические, монолитные, пластинчатые и секционные, дисковые, горшкообразные и литые, бочоночные, а также секционные разновидности.

Область применения конденсаторов:

  • Электроника – радиотехническое и телевизионное оборудование, запоминающие устройства, автоматика и разнообразная телемеханика, телеграфия и телефония.
  • Электроэнергетика – сварка разрядом, запуск электродвигателей, подавление радиопомех, регулирование напряжения, электроосвещение, отбор энергии, использование в сложных схемах и генераторах, а также защита от напряжения.
  • Промышленность – добывающая, металлургическая и металлообрабатывающая.
  • Техника – медицинская, лазерная, электроизмерительная, радиолокационная, фотографическая, автотракторная.

В зависимости от изменения емкости различают постоянные, переменные (изменение осуществляется механически или электрически) и подстроечные конденсаторы (изменение осуществляется разово или периодически).

Способы зарядки и разрядки конденсатора

При зарядке конденсатора энергия источника питания переходит в энергию электрического поля, возникающего между металлическими пластинками радиоэлектронного устройства. Важно учитывать, что на каждом участке цепи существует явное (резистор) или неявное сопротивление (провода, внутреннее сопротивление). В этом случае скорость зарядки конденсатора будет зависеть от его емкости и сопротивления во всей цепи. Процесс считается завершенным, когда подаваемое напряжение по своей величине становится равным напряжению на металлических пластинках.

Процесс зарядки и разрядки конденсатора лучше всего определяется мультиметром или при помощи специального измерительного прибора – индикаторной отвертки.

Можно зарядить конденсатор через лампочку. Для этого потребуется подключить «плюс» к аккумулятору через автомобильную лампочку, а «минус» подключить к массе (кузов автомобиля). Лампочка вспыхнет и погаснет. Таким же образом можно зарядить конденсатор для сабвуфера, если он не имеет системы контроля зарядного тока. Данная схема зарядки конденсатора эффективна, проста и безопасна.

Разрядка может понадобиться при ремонте бытовых приборов и электронных устройств. Это можно сделать при помощи отвертки с изолированной рукояткой, поочередно замыкая контакты, одновременно с этим касаясь массы стержнем отвертки. Если конденсатор извлечен из платы, необходимо, не касаясь руками контактов, приложить стержень отвертки к обеим клеммам изделия (должна появиться искра). Также можно собрать разрядное устройство, припаяв к резистору (на несколько кОм) два провода с зажимами, после чего подсоединить их к клеммам конденсатора. Важно проверять напряжение, чтобы убедиться в разреженности прибора.

Конденсатор

Конденсатор – электронный компонент, предназначенный для накопления электрического заряда. Способность конденсатора накапливать электрический заряд зависит от его главной характеристики – емкости. Емкость конденсатора (С) определяется как соотношение количества электрического заряда (Q) к напряжению (U).

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (F) – единицах, названых в честь британского ученого физика Майкла Фарадея. Емкость в один фарад (1F) равняется количеству заряда в один кулон (1C), создающему напряжение на конденсаторе в один вольт (1V). Вспомним, что один кулон (1С) равняется величине заряда, прошедшего через проводник за одну секунду (1sec) при силе тока в один ампер (1A).

Читайте также:
Картофелекопалка для минитрактора: как сделать своими руками

Однако кулон, это очень большое количество заряда относительно того, сколько способно хранить большинство конденсаторов. По этой причине, для измерения емкости обычно используют микрофарады (µF или uF), нанофарады (nF) и пикофарады (pF).

  • 1µF = 0.000001 = 10 -6 F
  • 1nF = 0.000000001 = 10 -9 F
  • 1pF = 0.000000000001 = 10 -12 F

Плоский конденсатор

Существует множество типов конденсаторов различной формы и внутреннего устройства. Рассмотрим самый простой и принципиальный — плоский конденсатор. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных пластин проводника (обкладок), электрически изолированных друг от друга воздухом, или специальным диэлектрическим материалом (например бумага, стекло или слюда).

Заряд конденсатора. Ток

По своему предназначению конденсатор напоминает батарейку, однако все же он сильно отличается по принципу работы, максимальной емкости, а также скорости зарядки/разрядки.

Рассмотрим принцип работы плоского конденсатора. Если подключить к нему источник питания, на одной пластине проводника начнут собираться отрицательно заряженные частицы в виде электронов, на другой – положительно заряженные частицы в виде ионов. Поскольку между обкладками находиться диэлектрик, заряженные частицы не могут «перескочить» на противоположную сторону конденсатора. Тем не менее, электроны передвигаются от источника питания — до пластины конденсатора. Поэтому в цепи идет электрический ток.

В самом начале включения конденсатора в цепь, на его обкладках больше всего свободного места. Следовательно, начальный ток в этот момент встречает меньше всего сопротивления и является максимальным. По мере заполнения конденсатора заряженными частицами ток постепенно падает, пока не закончится свободное место на обкладках и ток совсем не прекратится.

Время между состояниями «пустого» конденсатора с максимальным значением тока, и «полного» конденсатора с минимальным значением тока (т.е. его отсутствием), называют переходным периодом заряда конденсатора.

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

  • Ic — ток конденсатора
  • C — Емкость конденсатора
  • ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Разряд конденсатора

После того как конденсатор зарядился, отключим источник питания и подключим нагрузку R. Так как конденсатор уже заряжен, он сам превратился в источник питания. Нагрузка R образовала проход между пластинами. Отрицательно заряженные электроны, накопленные на одной пластине, согласно силе притяжения между разноименными зарядами, двинутся в сторону положительно заряженных ионов на другой пластине.

В момент подключения R, напряжение на конденсаторе то же, что и после окончания переходного периода зарядки. Начальный ток по закону Ома будет равняться напряжению на обкладках, разделенном на сопротивление нагрузки.

Как только в цепи пойдет ток, конденсатор начнет разряжаться. По мере потери заряда, напряжение начнет падать. Следовательно, ток тоже упадет. По мере понижения значений напряжения и тока, будет снижаться их скорость падения.

Время зарядки и разрядки конденсатора зависит от двух параметров – емкости конденсатора C и общего сопротивления в цепи R. Чем больше емкость конденсатора, тем большее количество заряда должно пройти по цепи, и тем больше времени потребует процесс зарядки/разрядки ( ток определяется как количество заряда, прошедшего по проводнику за единицу времени). Чем больше сопротивление R, тем меньше ток. Соответственно, больше времени потребуется на зарядку.

Продукт RC (сопротивление, умноженное на емкость) формирует временную константу τ (тау). За один τ конденсатор заряжается или разряжается на 63%. За пять τ конденсатор заряжается или разряжается полностью.

Для наглядности подставим значения: конденсатор емкостью в 20 микрофарад, сопротивление в 1 килоом и источник питания в 10В. Процесс заряда будет выглядеть следующим образом:

Устройство конденсатора. От чего зависит емкость?

Емкость плоского конденсатора зависит от трех основных факторов:

  • Площадь пластин — A
  • Расстояние между пластинами – d
  • Относительная диэлектрическая проницаемость вещества между пластинами — ɛ

Площадь пластин

Чем больше площадь пластин конденсатора, тем больше заряженых частиц могут на них разместится, и тем больше емкость.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Читайте также:
Как хранить перепелиные яйца: где и сколько

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость ɛ. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

  • Воздух – 1.0005
  • Бумага – от 2.5 до 3.5
  • Стекло – от 3 до 10
  • Слюда – от 5 до 7
  • Порошки оксидов металлов – от 6 до 20

Номинальное напряжение

Второй по значимости характеристикой после емкости является максимальное номинальное напряжение конденсатора. Данный параметр обозначает максимальное напряжение, которое может выдержать конденсатор. Превышение этого значения приводит к «пробиванию» изолятора между пластинами и короткому замыканию. Номинальное напряжение зависит от материала изолятора и его толщины (расстояния между обкладками).

Следует отметить, что при работе с переменным напряжением нужно учитывать именно пиковое значение (наибольшее мгновенное значение напряжения за период). Например, если эффективное напряжение источника питания будет 50В, то его пиковое значение будет свыше 70В. Соответственно необходимо использовать конденсатор с номинальным напряжением более 70В. Однако на практике, рекомендуется использовать конденсатор с номинальным напряжением не менее в два раза превышающим максимально возможное напряжение, которое будет к нему приложено.

Ток утечки

Также при работе конденсатора учитывается такой параметр как ток утечки. Поскольку в реальной жизни диэлектрик между пластинами все же пропускает маленький ток, это приводит к потере со временем начального заряда конденсатора.

Основы электроники. Урок №5: Конденсаторы. Часть1

Для начала разберемся с суперконденсатором (другое название — ионистор или ультраконденсатор). Это специфический электролитический конденсатор который имеет очень большую емкость и быстро заряжается/разряжается (по сравнению, например, аккумулятором).

Его основные параметры мы можем прочитать на его корпусе: 5,5 В, 0,10F. Что они означают? 5,5 В — это максимальное напряжение, которое мы можем на него подать (более высокое напряжение может привести к его взрыву). Значение 0,1 F — это его емкость, то есть способность накопления заряда (более подробно об этом можно прочитать в отдельной статье здесь)

Наши батареи обеспечивают напряжение около 6 В (4 х 1,5 В), т. е. слишком много… А если убрать одну батарейку из кассеты? Цепь батарей прервется, и ток не потечет. Поэтому мы будем делать это умело

Возьмите в руки кассету для батареек. В ней мы видим 4 свободных места под батарейки, с правой стороны торчат провода: красный и черный. Если вы посмотрите ближе, то вы заметите, что некоторые контакты соединены между собой. Первую батарейку вставьте в разъем, где один из его контактов подключен к красному проводу (контакт №3).

Другой конец батарейки соединяется с контактом №8. Контакт №8 тонкой перемычкой соединен с контактом №6. Теперь вставьте вторую батарейку между контактами №6 и №1. Контакт № 1 соединен тонкой перемычкой с контактом №2, поэтому третью батарейку вставляем между №2 и №5.

Проблема в том, что нам не хватает четвертой батареи, которая бы завершила цепь батареек и соединилась бы с черным проводом, выходящим из кассеты. Поэтому в пружину контакта №5 надо вставить кусок провода с зачищенным концом. Этот провод теперь будет у нас минусом питания нашей следующей схемы.

С этим разобрались. Поехали дальше.

У нас есть вот такая схема:

Источником питания В1 является наша кассета с 3 батарейками, дающими напряжение 4,5 В. Если бы в схеме не было светодиода, то мы могли бы даже отказаться от резистора, потому что конденсатору он не нужен. Резистор R1 используем для того, чтобы ограничить ток, протекающий через светодиод D1. Напомним, что красный светодиод потребляет ток 20 мА и напряжение порядка 2,1 В. Рассчитаем, какое должно быть сопротивление резистора, не беря в расчет конденсатор:

R1 = (4,5 В – 2,1 В) / 20 мА

R1 = 2,4 В / 0,020 А

Резистор R1 должен иметь, по крайней мере, 120 Ом. Используем имеющийся под рукой резистор сопротивлением 220 Ом, и такое сопротивление, конечно, не повлияет существенно на яркость свечения светодиода.

Прежде чем собрать схему на макетной плате, необходимо узнать, как правильно подключить наш суперконденсатор. Это очень важно, так как его неправильное подключение может привести к взрыву (это касается всех электролитических конденсаторов, кроме неполярных). Такую информацию можно получить, прочитав datasheet на данный вид суперконденсатор. В нашем случае плюсовой вывод будет тот, что снизу, а минусовой с верхним контактом.

Читайте также:
Классификация наматрасников на кровать, правильный выбор размера

Теперь мы можем соединить все элементы на плате и понаблюдать, что происходит со светодиодом.

В момент подачи питания светодиод горит ярко, но со временем его яркость становится все меньше и меньше, и в конце он совсем гаснет. Как только светодиод погаснет, отключите питание и измерьте напряжение на суперконденсаторе. Напряжение будет около 3 В.

Затем снова подайте напряжение на схему и спустя некоторое время, снова отключите питание и измерьте напряжение теперь уже на полностью заряженном конденсаторе. Напряжение на конденсаторе будет равно напряжению батареи, т. е. что-то около 4,5 В.

Давайте подумаем: о конденсаторе мы знаем, что он состоит из двух обкладок, разделенных диэлектриком, то есть изолятором. Но как тогда в нашей схеме протекает ток? Ведь для того, чтобы ток протекал необходимо, чтобы цепь была замкнута и только тогда электроны смогут течь от плюса к минусу батареи!

А течет ток вот почему. Ток от положительного полюса батареи (красный провод) проходит через резистор и поступает на одну из обкладок конденсатора. Подведенное напряжение вызывает движение ионов в конденсаторе: на „плюсовой” обложке накапливаются ионы со знаком минус, а на „минусовой” обложке собираются положительные ионы. Это лишний раз показывает следующая схема:

А почему тогда через некоторое время ток перестал вообще течь? Это связано с движением электронов (и ионов) в цепи, которое было вызвано разностью потенциалов между батареей (ок. 4,5 В) и конденсатором (ок. 0 В). Это как с водой, расположенной в двух сообщающихся сосудах – вода будет течь, пока уровень воды в обоих сосудах не сравняется.

Помните, что описанное выше явление, будет происходить в случае подключения конденсатора в цепь постоянного тока. Конденсаторы, подключенные к источнику переменного тока, не будут иметь возможности зарядиться полностью, вызывая прекращение тока, но мы не будем это рассматривать, поскольку этот вопрос выходит за рамки сегодняшнего урока.

Во время опыта мы измеряли напряжение на конденсаторе в момент выключения светодиода, и произошло это еще до полного заряда конденсатора (3,04 В) и прекращения тока. Почему?

Из предыдущих уроков мы знаем, чтоб светодиод горел, необходим номинальный ток. В нашей схеме по мере заряда конденсатора ток постепенно снижался, пока совсем не стала таким низкой, что из-за этого светодиод погас.

Подробнее об этом мы узнаем из следующего опыта, в котором мы рассмотрим процесс зарядки и разрядки конденсатора.

Если наш конденсатор уже заряжен, то давайте изучим процесс его разрядки. Как его разрядить? Для этого достаточно соединить его с резистором, как показано на следующем рисунке (но пока не делайте этого):

В данной схеме больше нет батареи питания, вместо нее у нас есть конденсатор С1, он и будет нашим источником напряжения. Ток потечет от «плюсового» вывода конденсатора через резистор и вернется к «минусовому» выводу. Наверное, возникнет вопрос: а зачем нужен резистор? Ведь можно было бы просто соединить обе ножки конденсатора проводом. Мы знаем, что функция резистора — ограничение тока в цепи. Без резистора, при разрядке конденсатора возникнет большой ток, который может повредить его.

Какой взять резистор? В данном случае опытным путем установлено что оптимальным сопротивлением будет 3,9 кОм ( но пока еще не разряжайте конденсатор).

Можно, конечно, взять другое сопротивление, но помните:

  • если взять резистор с очень низким сопротивлением, конденсатор зарядится очень быстро, и вы не успеете заметить процесс разряда,
  • если резистор будет иметь слишком большое сопротивление, конденсатор будет разряжаться очень долго, тем самым подвергая ваше терпение к тяжелым испытаниям.

Выполнение эксперимента:

Подготовьте макетную плату, конденсатор, резистор, лист бумаги, ручку и секундомер;

Измерьте напряжение на конденсаторе, прежде чем подключить его к цепи (у нас измеренное напряжение составило 4,55 В);

На макетной плате подключите резистор к конденсатору. Каждые 20 секунд измеряйте напряжение на конденсаторе и записывайте результаты, вплоть до того, пока напряжение конденсатора не приблизится к нулю (или когда кончится ваше терпение :)). Полученные результаты перепишите в Excel

Во время опыта мы измеряли только напряжение на конденсаторе. Но можно ли на основании этого рассчитать силу тока? Конечно, для этого мы используем закон Ома для участка цепи: I = U / R. Напряжение U — напряжение, измеренное в определенный момент времени, а значение R будет равно сопротивлению используемого резистора (у нас 3,9 ком). Теперь осталось только сделать график.

Выше изложены результаты (чтобы не занимать слишком много места в таблице, приведены только первые и последние значения). На графике мы видим, что как напряжение, так и сила тока уменьшаются во времени, но не линейно. Вначале напряжение и ток падают быстро, а с течением времени все медленнее и медленнее. Почему?

Вы должны знать, что в заряженном конденсаторе напряжение между двумя обложками относительно высокое (у нас 4,55 В), именно это напряжение заставляет течь ток в цепи с резистором. По мере разряда конденсатора напряжение между обкладками уменьшается, вызывая все меньший поток электроном.

Читайте также:
Микро усилитель РАМ8403 2х3 вт для телефона, компьютера и т.д.

Теперь мы знаем, как изменяется ток и напряжение в процессе разрядки конденсатора. А что происходит с напряжением и силой тока в момент его зарядки?

В приведенной выше схеме источником напряжения будет батарея B1 (состоящая из 3 батареек), резистор R1 с любым сопротивлением. И опять же внимание при его выборе, как и в опыте выше был использован резистор на 10 кОм, но лучше всего было бы использовать резистора 3,9 кОм, как ранее. Конденсатор C1 (т. е. наш суперконденсатор).

Как и ранее, будем измерять ток и напряжение в определенные интервалы времени. Поскольку схема более сложная, чем предыдущая, для измерения нам понадобиться два измерительных прибора, так как это показано на следующем рисунке:

Что делать, если на вооружении у нас только один мультиметр? Это не проблема! Мы можем измерить напряжение на резисторе, и зная сопротивление используемого резистора (у нас это 10 кОм) и закон Ома: I = U / R можно вычислить ток. То есть достаточно измерить напряжение на резисторе, а затем на конденсаторе, в местах, показанных на следующем рисунке:

Выполнение эксперимента:

На макетной плате соберите схему, но не подключайте еще красный провод от батареи. Напомним: внизу у конденсатора это плюс, а сверху это минус;

  • Подготовьте секундомер лист бумаги и ручку для записи результатов измерения;
  • Измерьте начальное напряжение конденсатора – у нас оно составляло 0,11 В;
  • Приготовьте секундомер и определите определенный интервал времени, через которое вы будете снимать измерения. Например, через каждые 20 секунд;
  • Подключите красный провод батареи, быстро измерьте напряжение на конденсаторе, а потом на резисторе, запишите результаты;
  • Повторяйте измерения в выбранном интервале времени.
  • Производите измерения до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не станет равно напряжению батареи B1 (или до тех пор пока не потеряете терпение :))

Полученные результаты перепишите в Excel, составьте график изменения напряжения и тока на конденсаторе во времени.

Как мы видим на графике выше, напряжение конденсатора увеличивается сначала быстро, а потом все медленнее и медленнее. В случае с током мы наблюдаем обратную зависимость: он быстро падает, и по мере зарядки конденсатора течет все медленнее и медленнее. Почему так происходит?

Разница напряжения между батареей и разряженным конденсатором большая. Именно эта разность потенциалов заставляет течь ток в цепи. По мере зарядки конденсатора разность напряжений батареи и конденсатора становится все меньше, что приводит к уменьшению ток, и опять, медленнее зарядка конденсатора и еще слабее сила тока, и т. д.

Уравнение, которое описывает скорость заряда конденсатора, называется постоянная времени:

где: R – сопротивление цепи, C – емкость конденсатора.

в нашем случае постоянная времени составляет:

RC = 10 кОм x 0,10 Ф

RC = 10000 Ом x 0,10 Ф

Что это значит? В случае, когда постоянная времени составляет 1000, то это означает, что наш конденсатор в течение 1000 секунд (1000 сек / 60 = 16,66 мин) зарядится до 63%. Далее по прошествии новых 16,66 минут, конденсатор получит еще 63% оставшейся разницы между его текущим зарядом и напряжением источника питания, и так далее.

Наша батарея обеспечивает напряжение 4,5 вольт, начальное напряжение конденсатора, у меня 0,11 В, т. е. при подключении питания он должен получить дополнительный заряд: 4,5 В – 0,11 В = 4,39 В. По прошествии 16,66 минут с момента подключения конденсатора он получит 63% из этих 4,39 вольт, т. е. 2,77 В. Останется ему до полного заряда еще 4,39 В – 2,77 В = 1,62 В.

По прошествии новых 16,66 минут, напряжение на конденсаторе увеличится на 63% из оставшихся 1,62 В, т. е. увеличится на 1,02 В. Для полного заряда ему не хватает еще 1,62 В – 1,02 В= 0,6 В и т. д.

Как вы, наверное, заметили, что если после каждых 16,66 мин конденсатор увеличит свой заряд на 63% от оставшегося объема, то он никогда не зарядится полностью! Поэтому предполагается, что после 5RC, т. е. в нашем случае 5 x 16,66 минут = 83,3 минут конденсатор считается заряженным.

Разность потенциалов между источником питания и нашим конденсатором настолько мала, что ток практически уже не течет в нашем контуре, и заряженный конденсатор ведет себя как резистор с бесконечным сопротивлением.

Помните первую схему этого урока? Для напоминания приведем ее еще раз:

Вспомните, как мы вычисляли сопротивление резистора R1? Было сказано, что мы выполняем расчет так, как будто бы конденсатора нет в цепи. Надеемся, что опыт с зарядкой конденсатора объяснил вам, почему мы так считали. Если бы не было резистора R1, то при подключении батареи и в момент начала зарядки конденсатора в цепи протекал бы большой ток, что привело бы к сгоранию светодиода.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: