Электроника:Переменный ток/Реактанс и импеданс – Ёмкость/Особенности конденсаторов

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Особенности конденсаторов[1]

Как и с катушками индуктивности, идеальный конденсатор представляет собой полностью реактивное устройство с абсолютно нулевым резистивным (рассеивающим) эффектом. В реальном мире дела обстоят не так хорошо. Однако конденсаторы обычно являются более чистыми реактивными компонентами, чем катушки индуктивности.

Намного проще спроектировать и сконструировать конденсатор с низким внутренним последовательным сопротивлением, чем сделать то же самое с катушкой индуктивности. На практике реальные конденсаторы обычно имеют фазовые углы импеданса более близкие к своим «идеальным» -90°, чем индукторы к 90°.

Следовательно, конденсатор склонен рассеивать меньшую мощность, чем эквивалентная катушка индуктивности.

Конденсаторы обычно меньше и легче, чем их индуктивные аналоги. Плюс к этому их электрические поля почти полностью находятся между пластинами (в отличие от индуктивных устройств, магнитные поля которых зачастую существенно выходят за пределы сердечника), в связи с чем конденсаторы менее склонны к приёму электромагнитного «шума» от других компонентов схемы или передаче на них своего электрического поля в качестве помех. По этим причинам разработчики схем предпочитают использовать конденсаторы, а не индуктивные элементы, если принципиальная конструкция допускает подобную альтернативу.

Если конденсатор даёт заметный резистивный эффект, то говорят, что он «с потерями», так как энергия рассеивается, словно это резистор. Главный источником потерь конденсатора – его диэлектрический материал. От сопротивления проводов потери крайне незначительные, поскольку их длина в конденсаторе минимальна.

Диэлектрические материалы, как правило, реагируют на переменные электрические поля, выделяя тепло. Этот эффект нагрева приводит к потере энергии и эквивалентен обычному сопротивлению в цепи. Эффект более выражен на более высоких частотах напряжения и ​​на самом деле может быть настолько сильным, что иногда его используют в производственных процессах для таких теплоизоляционных материалов, как пластик!

Нагреваемый пластиковый объект помещается между двумя металлическими пластинами, подключёнными к источнику высокочастотного переменного напряжения. Температура регулируется изменением напряжения или частоты источника, и пластины ни в коем случае не должны соприкасаться с нагреваемым объектом.

Этот нагревательный эффект крайне нежелателен для схем, где ожидается, что конденсатор должен вести себя как сугубо реактивный элемент. Один из способов смягчить эффект диэлектрических «потерь» – это выбрать соответствующий диэлектрический материал, для которого этот эффект не сильно характерен. Разные диэлектрические материалы «теряют» в разной мере. Относительная шкала диэлектрических потерь от наименьшей к наибольшей приведена в таблице:

Материал Потери
Вакуум Самые низкие
Воздуха -
Полистирол -
Слюда -
Стекло -
Керамика с низким коэффициентом диэлектрических потерь -
Полиэтилен (майлар) -
Бумага -
Керамика с высоким коэффициентом диэлектрических потерь -
Оксид алюминия -
Пятиокись тантала Самые высокие

Удельное диэлектрическое сопротивление проявляется как в виде последовательного сопротивления, так и виде сопротивления параллельного для чистой ёмкости:

Рис. 1. Если для реального конденсатора составить эквивалентную схему, то диэлектрические потери будут выражены в виде как последовательного, так и параллельного сопротивления.

К счастью, в конденсаторах эти паразитные сопротивления обычно действуют в умеренных масштабах (на эквивалентной схеме последовательное сопротивление будет достаточно низким, а параллельное сопротивление весьма высоким, что вкупе приводит к небольшому общему сопротивлению). И они в среднем гораздо менее значимые, чем паразитные сопротивления в эквивалентных по характеристикам катушках индуктивности.

См.также

Внешние ссылки