Как повысить постоянное напряжение конденсаторами
Как повысить переменное и постоянное напряжение?
В быту и на производстве широко используются электрические и электронные приборы различного назначения. Необходимое условие их функционирования — подключение к электрической сети или иному источнику электрической энергии. Из соображений упрощения создания и последующей эксплуатации сети или источника целесообразно, чтобы выходное напряжение имело определенное значение. Например 220 В бытовой сети переменного тока и 12 В автомобильной сети постоянного тока.
На практике применяются сети как постоянного, так и переменного тока. Например, бытовая 220-вольтовая сеть функционирует на переменном токе, а бортовая автомобильная сеть использует постоянный ток. В зависимости от разновидности сети повышение напряжения до нужного значения решается в них по-разному.
При обращении к современной микроэлектронной элементной базе реализующие эти функции устройства при солидной выходной мощности обладают очень хорошими массогабаритными показателями. Для иллюстрации этого положения на рисунке 1 показан пример платы со снятым корпусом повышающего преобразователя постоянного тока.
Рис. 1. Повышающий преобразователь постоянного тока бестрансформаторного типа
В этой статье мы рассмотрим, как повысить напряжение постоянного и переменного тока и как это делать правильно.
Повышение переменного напряжения
Разновидности трансформаторов
Наиболее простой способ увеличения переменного напряжения – установка между выходом сети и питаемой нагрузкой повышающего трансформатора. Применяемые на практике устройства делятся на две основные разновидности. Первая — классические трансформаторы, вторая — автотрансформаторы. Схемы этих устройств приведены на рисунке 2.
Рис. 2. Схемы трансформатора и автотрансформатора
Классический трансформатор содержит две обмотки: первичную или входную с числом витков W1, а также вторичную или выходную с числом витков W2. Для трансформатора действует правило Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации. Таким образом, в повышающем трансформаторе количество витков вторичной обмотки превышает таковое у первичной.
Повышающий авторансформатор содержит единственную обмотку с W2 витками. Сеть подключается на часть W1 ее витков. Повышение U происходит за счет того, что магнитное поле, создаваемое при протекании тока через входную часть общей обмотки, наводит ток уже во всей обмотке W2. Расчетная формула автотрансформатора аналогична обычному: Uвыхода = K×Uвхода, где K = W2/W1 – коэффициент трансформации.
Особенности трансформаторов
Эффективность функционирования трансформаторов наращивают применением сердечника из электротехнической стали. Этот компонент
Неизбежные потери на вихревые тока уменьшают тем, что сердечник представляет собой наборный пакет из тонких профилированных изолированных пластин.
При прочих равных условиях целесообразно использовать трансформатор. Это связано с тем, что не пропускает постоянный ток, т.е. обеспечивает гальваническую развязку сети от приемника, позволяя добиться большей электробезопасности.
Особенность трансформатора — его обратимый характер, т.е. в зависимости от ситуации он может одинаково успешно выполнять функции повышающего и понижающего устройства. Единственное серьезное ограничение — необходимость соблюдения штатных режимов работы первичной и вторичной обмоток.
В отличие от компьютерных розеток, называемых RJ45, в различных странах при устройстве бытовых сетей электроснабжения устанавливают различные типа розеток. Известны, например, розетки, немецкого, французского, английского и иных стандартов или стилей. Поэтому на трансформатор малой мощности целесообразно возложить функции адаптера, который за счет разных типов вилок и гнезд обеспечивает механическое согласование сети и нагрузки. Пример такого устройства изображен на рисунке 3.
Рис. 3. Пример обратимого маломощного трансформатора с возможностью согласования типов розеток
Лабораторные автотрансформаторы ЛАТР
Сильная сторона автотрансформатора – простота регулирования выходного напряжения простым перемещением токосъемного контакта по обмотке. Устройства, допускающие выполнение этой опции, известны как лабораторные автотрансформаторы ЛАТР. Отличаются характерным внешним видом за счет наличия регулятора напряжения и вольтметра для его контроля, рисунок 4.
ЛАТР востребованы не только в лабораториях. Они массово применяются в гаражах, на садовых участках и других местах, где из-за перегрузки и износа линии напряжение в розетке оказывается ниже минимально допустимого.
При колебаниях сетевого напряжения вместо обычного ЛАТР целесообразно использовать стабилизатор, куда он входит в виде одного из блоков.
Рис. 4. Внешний вид одного из вариантов ЛАТР
Повышение постоянного напряжения
Общий принцип увеличения постоянного напряжения в произвольное число раз
Трансформаторный способ увеличения напряжения не может применяться в сетях постоянного тока. Поэтому при необходимости решения этой задачи используют более сложные устройства, в основу функционирования которых положена следующая схема: постоянный входной ток используется для питания генератора, с выхода которого снимают переменный сигнал. Переменное напряжение увеличивают тем или иным образом, после чего выпрямляют и сглаживают для получения более высокого постоянного.
Структурная схема такого преобразователя показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Обобщенная структурная схема повышающего преобразователя
Отдельные разновидности схем отличаются между собой:
В продаже доступны микроэлектронная элементная база, которая позволяет собирать преобразователи данной разновидности при наличии даже начальных навыков радиомонтажника.
Умножители
Умножители применяют в тех случаях, когда из переменного входного напряжения нужно получить постоянное, которое в кратное количество раз превышает входное.
Существует большое количество схем умножителей. Одна из них показана на рисунке 6.
Рис. 6. Принципиальная схема умножителя
Коэффициент умножения можно нарастить увеличением количества каскадов.
Рис. 7. Еще пример: умножитель в 6 и 8 раз 
Рис. 8. Учетверитель напряжения
Общее для таких схем:
Техника безопасности
При сборке и использовании повышающих устройств вне зависимости от их разновидности необходимо соблюдать базовые положения правил техники безопасности. Главные из них:
Заключение
Приведем несколько областей использования устройств для увеличения напряжения.
Для переменного тока наиболее распространено использование повышающих трансформаторов для подключения различной европейской электронной и электротехнической техники к бытовой 110-вольтовой сети в США.
Примеры из области постоянного напряжения:
Автомобильный аккумулятор с подключенным к нему повышающим преобразователем может эффективно питать за городом такие 220-вольтовые устройства как телевизор, магнитофон, дрель.
Устройства для увеличения постоянного и переменного напряжения имеют обширную область применения, серьезно отличаясь друг от друга схемотехнически.
Выбор конкретной реализации зависит от ряда факторов, основные среди которых:
На практике можно воспользоваться как покупными, так и самодельными устройствами. Большинство самодельных схем доступны для воспроизведения при наличии даже среднего уровня подготовки в области электротехники и схемотехники.
Последовательное соединение конденсаторов как вариант подбора ёмкости
Многие, собирая тот или иной прибор, часто задумываются о том, как соединить конденсаторы параллельным или последовательным соединением.
Далеко не каждый номинал выпускается промышленностью, поэтому задача обеспечить конструкцию связкой ёмкостей встречается тут и там.
При параллельном включении номиналы складываются.
При последовательном используется более сложная формула.
А ещё конденсаторы бывают подстроечными, такие совершенно точно включаются в цепи, где требуется обеспечить нужные резонансные характеристики.
В этом случае также требуется решить указанную выше задачу. Проблема ещё в том, что часто сборка какого-нибудь индукционного нагревателя идёт буквально на коленках, железа целая кипа, колодок под рукой нет, а паять лень – что делать?
Последовательные и параллельные соединения конденсаторов
При параллельном соединении конденсаторов их ёмкости складываются.
Таким образом, нет никаких проблем в том, что посчитать нужный номинал.
Допустим, нам нужно получить 7 мкФ, но промышленность подобные конденсаторов не выпускает. Зато имеются на 6,8 мкФ и 200 нФ.
Их сложением образуется связка в искомые 7 мкФ.
Заводские номиналы специально выбраны так, чтобы можно было получить любые значения.
В том случае, когда применяется последовательное соединение конденсаторов, результирующее значение номинала определяется как произведение ёмкостей, делённое на их сумму.
Мы полагаем, что калькулятор Windows поможет нашим читателям получить заданную цифру
Например, если поставить друг за другом две одинаковые ёмкости, то суммарный конденсатор получит номинал, равный половине исходных.
Когда складываются различные конденсаторы, то больший вклад вносит именно меньший. То есть нет смысла в том, чтобы последовательно соединять мощные ёмкости со слабыми. Другими словами, конденсаторы, идущие друг за другом, по номиналу должны быть примерно равноценны.
У многих возникает вопрос – зачем вообще использовать последовательное соединение.
В физике часто рассматривается этот вопрос, но не говорится, зачем кому-то может понадобиться уменьшать ёмкость своих конденсаторов.
Казалось бы, цена конструкции от этого увеличивается. Не говоря о том, сколько сложностей представляет расчёт режима. А все дело в практической стороне.
Ранее в наших обзорах мы писали, что рабочее напряжение конденсатора сильно зависит от типа диэлектрика и толщины его слоя.
Поэтому повысить этот параметр тоже проблематично. Зато можно взять и составить последовательное соединение конденсаторов, при котором напряжение между ними разделится пропорционально номиналам ёмкостей: чем меньше фарад, тем больше к ним приложится.
Строго говоря, импеданс каждого элемента находится по формуле R = j 1/W C, где W – круговая частота цепи (f х 2 П; 6,28 f)
Литера j означает, что сопротивление ёмкости переменному току носит чисто мнимый характер (хотя на самом деле в отличие от идеала является комплексным числом из-за потерь на обкладках и некоторых других явлений).
А как будет вести себя конденсатор в цепи постоянного тока? Ёмкости заполнятся зарядами, а напряжение по-прежнему поделится между всеми элементами обратно пропорционально ёмкостям составляющих цепь элементов.
А теперь представьте ситуацию, когда разница потенциалов в цепи явно превышает рабочую.
Что делать? Набрать последовательную цепь из конденсаторов с более низким рабочим напряжением.
А жертвуем мы за это величиной ёмкости.
В некоторых случаях выгодным оказывается смешанное соединение конденсаторов.
Допустим, мы можем только часть номинала набрать параллельным включением, а остальные элементы предназначены для работы с более низким напряжением. Тогда пробуем набрать из последних последовательную ветку нужного размера в фарадах.
Характеристики конденсаторов
Главной характеристикой прибора является емкость, то есть, количество энергии, которое он может накопить в виде электронов. Общее число зарядов на пластинах определяет величину емкости конденсатора.
Обратите внимание! Емкость зависит от площади обкладок и диэлектрической проницаемости материала. Чем больше площадь конденсаторных пластин, тем больше заряженных частиц могут поместиться на них и тем выше показатель емкости.
Емкость
Из важнейших характеристик также можно назвать удельную емкость, плотность, номинальную силу заряда и полярность. Из дополнительных параметров можно указать количество фаз, метод установки конденсатора, рабочую температуру, активный электрический ток переменного или постоянного типа.
В электротехнике существуют также понятия негативных факторов, искажающих рабочие свойства колебательного контура. К ним относятся электрическое сопротивление и эквивалентная последовательная индуктивность. В качестве примера негативного критерия можно привести показатель, показывающий падение заряда после отключения электричества.
Вам это будет интересно Особенности реактивного сопротивления
Ряды номиналов ёмкостей конденсаторов
Существует несколько рядов стандартных номиналов конденсаторов, например, Е3, Е6, Е12, Е24.
Что это такое? После войны 45-го года, когда все страны сели за стол переговоров, выяснилось, что у собеседников присутствует два основных стандарта на ряду ёмкостей.
Весь смысл в том, чтобы, как это говорилось выше, можно было бы набрать любой номинал из составляющих путём параллельного соединения.
Оказалось, что это можно сделать двумя способами:
Такой ряд можно назвать пропорциональным одному и тому же значению. А именно, корню десятой степени из десятки
Теперь нужно пояснить немного с точки зрения математики. Мы обычно берём квадратный корень. Что соответствует степени 2.
Например, корень из 9 равняется 3. Кубический корень это то число, которое нужно возвести в третью степень, чтобы получить подкоренное выражение. Например, кубический корень из 27 также равняется 3.
Теперь читатели понимают, что эти ряды стандартных номиналов конденсаторов достаточно сложные.
Итак, выяснилось, что некоторая часть стран уже использует вторую методику, тогда как теоретически большую выгоду несёт именно первая.
Но в угоду неким условиям было решено применять именно корень двенадцатой степени.
И именно туда входит ряд конденсаторов Е1
Все его значения пропорциональны степеням десятки, над которыми произведена указанная математическая операция. На практике это выглядит, как 1, 1,2, 1,5, 1,8 и пр.
Другие ряды кратны этому. В них корень берётся, соответственно, третьей, шестой, двадцать четвертой, сорок восьмой, девяносто шестой и даже сто девяносто второй степеней.
В результате и образуются стандартные ряды. Для каждого из них были установлены свои допуски номиналов конденсаторов.
Дело в том, что со снижением степени корня растёт расстояние между номиналами. Поэтому для перекрытия всего диапазона и допуски следует взять менее жёсткие.
На практике, как это мы говорили ранее в наших обзорах, номинал со временем может выходить за указанные рамки. Как бы то ни было, люди измеряют реальное значение тестером и продолжают пользоваться изделием на свой страх и риск.
Как физически соединить конденсаторы последовательными или параллельными цепочками
Очень часто при сборке прибор до тестирования не имеет чётких рамок.
Поэтому приходится добавлять или убирать различные элементы.
Что делать в этом случае? Чаще всего применяют обычные скрутки.
Наравне с пожароопасностью это создаёт угрозу поражения током.
Кроме того скрутки сложно выполнить для большого количества присоединяемых проводов. А паять, как мы говорили выше, не вариант.
Во-первых, можно купить шину (наподобие заземления) в ближайшем хозяйственном магазине. Обычно такие продаются вместе с изолирующим основанием, которое без проблем крепится саморезами на деревянное основание.
В результате у нас получается надёжный мост, причём в каждое гнездо можно завести по несколько жил. Здесь могут возникнуть проблемы только в том случае, если проводки тонкие (высокочастотная часть).
Но связки конденсаторов как раз часто набирают для силовых цепей, поэтому мы не видим большой беды в том, что использовать прямо предназначенные для таких случаев колодки.
Цена вопроса не более 50 рублей за штуку. Плюс в том, что клеммы можно будет использовать каждый раз при отладке.
Но, допустим, размеры корпуса малы и не позволяют внутри разместить колодку.
А после тестирования как объединить множество параллельных проводов? Следует сказать, что никаких методик на этот счёт не предусматривается.
Либо выполняется разводка на печатной плате (можно специально для этого протравить небольшой отрезок нужным образом, либо воспользуйтесь одиночными клеммами.
Такие обычно обжимаются вокруг жилы, после чего можно их целыми связками объединять при помощи резьбовых соединений.
Например, закрепить на планке из дерева болт резьбой вверх, а все это установить на прочное деревянное основание.
Такое допускается на период тестирования. В случае прямого соединения аппаратуры или электрики можно применить обычный болт.
Многие читатели скажут, что параллельное соединение конденсаторов было бы удобнее набрать, прокладывая разделительные шайбы между витками проводки, а не применением индивидуальных клемм.
Мы ответим – попробуйте это сделать сами, в особенности с жилой высокого класса гибкости (которая состоит из множества тончайших проволочек), разницу почувствуете сразу. Особенно в том случае, когда часто придётся выполнять перекоммутацию.
Понятно, что конденсатор в цепи переменного тока обычно стоит под низким напряжением, следовательно, все жилы тонкие, и тогда может показаться, что клемму сложно обжать.
А вот прочие можно уже и скруткой сделать.
В общем и целом нужно понимать, что последовательное и параллельное соединения принципиально отличаются числом входящих и исходящих проводов. Поэтому и способы коммутации будут разными.
Как проверить качество соединения конденсаторов в цепи
Самый идеальный случай, когда у нас на руках имеется соответствующего типа вольтметр. Он стоит в пределах одной тысячи рублей.
Это не так много, учитывая, что вкупе мы получаем прибор для измерения сопротивлений, постоянного и переменного напряжения, токов.
Гнездо под измерение конденсатор (см. фото слева) представляет собой две узкие щели, куда должны вставляться ножки.
По нашим наблюдениям нет разницы, какой стороной вставлять электролитический конденсатор. Хотя лучше все же руководствоваться инструкцией по эксплуатации.
Ззатем как-то нужно промаркировать их, либо разложить по нарисованной на бумаге схеме, где уже проставлять все цифры (кстати, так обычно и делается во всей китайской технике).
Затем следует вычислить по формулам, какое именно значение должно получиться и проверить это тестером. Не получается? Значит, качество контактов плохое – меньше применяйте скруток.
§11. СОЕДИНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ
Если необходимо увеличить общую емкость конденсаторов, то их соединяют между собой параллельно (рис. 9, а
). При этом способе соединения общая площадь пластин увеличивается по сравнению с площадью пластины каждого конденсатора.
Общая емкость конденсаторов, соединенных параллельно, равна сумме емкостей отдельных конденсаторов и вычисляется по формуле
Собщ=С1 + С2+С3+
Это можно подтвердить следующим образом.
q общ = q 1 + q 2 + q 3 +
Из формулы (8) вытекает, что заряд
а заряды q 1 = С 1 U; q 2 = С 2 U; q 3 = С 3 U.
Подставив эти выражения в формулу (11), получим:
С общ U= С 1 U + С 2 U + С 3 U.
Разделив левую и правую части этого равенства на равную для всех конденсаторов величину U, после сокращения найдем:
С общ = С 1 + С 2 + С 3
. Три конденсатора емкостью С 1 =2
мкф
; C 2 =0,1
мкф
и C 3 =0,5
мкф
соединены параллельно.
Вычислить их общую емкость.
С общ = С 1 + С 2 + С 3 =2+00,1+0,5=2,6 мкф
Общую емкость конденсаторов, имеющих одинаковую емкость и соединенных параллельно, можно вычислить по формуле
где С — емкость одного конденсатора,
n — число конденсаторов.
Пять конденсаторов емкостью 2
мкф
каждый соединены параллельно. Определить их общую емкость.
С общ = Сn =2·5=10 мкф.
Из Формулы (8) следует, что напряжение
Подставив эти выражения в формулу (14), получим:
Разделим левую и правую части этого равенства на величину q и после сокращения найдем:
Пример. Три конденсатора С1=2 мкф, С2=4 мкф и С3=8 мкф соединены последовательно. Определить их общую емкость.
Если последовательно соединены конденсаторы, имеющие одинаковую емкость, то их общую емкость можно вычислить по формуле
Четыре конденсатора емкостью 1000 пф каждый соединены последовательно. Определить их общую емкость. Решение.
Если последовательно соединены два конденсатора различной емкости, то их общую емкость можно найти по формуле
Два конденсатора С 1 =200 пф
и С 2 =300
пф
соединены последовательно. Вычислить их общую емкость.
Как видно из приведенных примеров, общая емкость конденсаторов, соединенных последовательно, всегда меньше наименьшей емкости, входящей в соединение.
Конденсаторы выбирают по емкости и рабочему напряжению которое подается на его пластины при включении в схему. При напряжении, превышающем допустимое, происходит пробой диэлектрика в конденсаторе. Это напряжение называется пробивным. Пробой диэлектрика сопровождается электрическим разрядом — искрой с характерным треском. Конденсатор с пробитым диэлектриком не пригоден для применения.
Каждый диэлектрик обладает определенной электрической прочностью, т. е. способностью противостоять пробою. Электрическая прочность (табл. 2) измеряется обычно в (в/см
) и определяется по формуле
где U — напряжение, в
d — толщина диэлектрика, см.
Многие, собирая тот или иной прибор, часто задумываются о том, как соединить конденсаторы параллельным или последовательным соединением. Далеко не каждый номинал выпускается промышленностью, поэтому задача обеспечить конструкцию связкой ёмкостей встречается тут и там. При параллельном включении номиналы складываются, а при последовательном используется более сложная формула. А ещё конденсаторы бывают подстроечными, такие совершенно точно включаются в цепи, где требуется обеспечить нужные резонансные характеристики. В этом случае также требуется решить указанную выше задачу. Проблема ещё в том, что часто сборка какого-нибудь индукционного нагревателя идёт буквально на коленках, железа целая кипа, колодок под рукой нет, а паять лень – что делать?
Работа диодного моста
Принцип работы диодного моста заключается в следующем. На его вход, обозначенный переменным значком, производится подача переменного тока с изменяющейся полярностью. Частота изменений, как правило, совпадает с частотой в электрической сети. На выходе, где расположены положительный и отрицательный выводы, получается ток исключительно с одной полярностью.
Однако, на выходящем токе будут наблюдаться пульсации с частотой, превышающей частоту переменного тока, подаваемого на вход. Такие пульсации являются нежелательными и препятствуют нормальной работе всей схемы. Для ликвидации таких пульсаций, применяются специальные фильтры. Для самых простых фильтров используются электролитические конденсаторы с большой емкостью. Таким образом, во всех блоках питания устанавливается диодный мост, схема с конденсатором которого позволяет эффективно сглаживать все пульсации выходящего тока.
Чтобы повысить производительность выпрямляющих устройств, в их конструкции применяется схема диодной сборки. В ее состав входят четыре диода с одинаковыми параметрами, объединенные в одном общем корпусе. Для их соединения используется схема мостового выпрямителя. Такая сборка очень компактная, для всех диодов соблюдается одинаковый тепловой режим. Стоимость общей конструкции значительно ниже, чем у четырех отдельных диодов. Однако, существенным недостатком является необходимость замены всего диодного моста, при выходе из строя хотя-бы одного диода.
Последовательные и параллельные соединения конденсаторов
При параллельном соединении конденсаторов их ёмкости складываются. Таким образом, нет никаких проблем в том, что посчитать нужный номинал. Допустим, нам нужно получить 7 мкФ, но промышленность подобные конденсаторов не выпускает. Зато имеются на 6,8 мкФ и 200 нФ. Их сложением образуется связка в искомые 7 мкФ. Заводские номиналы специально выбраны так, чтобы можно было получить любые значения.
В том случае, когда применяется последовательное соединение конденсаторов, результирующее значение номинала определяется как произведение ёмкостей, делённое на их сумму. Мы полагаем, что калькулятор Windows поможет нашим читателям получить заданную цифру. Например, если поставить друг за другом две одинаковые ёмкости, то суммарный конденсатор получит номинал, равный половине исходных. Когда складываются различные конденсаторы, то больший вклад вносит именно меньший. То есть нет смысла в том, чтобы последовательно соединять мощные ёмкости со слабыми. Другими словами, конденсаторы, идущие друг за другом, по номиналу должны быть примерно равноценны.
У многих возникает вопрос – зачем вообще использовать последовательное соединение. В физике часто рассматривается этот вопрос, но не говорится, зачем кому-то может понадобиться уменьшать ёмкость своих конденсаторов. Казалось бы, цена конструкции от этого увеличивается. Не говоря о том, сколько сложностей представляет расчёт режима. А все дело в практической стороне. Ранее в наших обзорах мы писали, что рабочее напряжение конденсатора сильно зависит от типа диэлектрика и толщины его слоя. Поэтом повысить этот параметр тоже проблематично.
Зато можно взять и составить последовательное соединение конденсаторов, при котором напряжение между ними разделится пропорционально номиналам ёмкостей: чем меньше фарад, тем больше к ним приложится. Строго говоря, импеданс каждого элемента находится по формуле R =j 1/W C, где W – круговая частота цепи (f х 2 П; 6,28 f). А литера j означает, что сопротивление ёмкости переменному току носит чисто мнимый характер (хотя на самом деле в отличие от идеала является комплексным числом из-за потерь на обкладках и некоторых других явлений).
А как будет вести себя конденсатор в цепи постоянного тока? Ёмкости заполнятся зарядами, а напряжение по-прежнему поделится между всеми элементами обратно пропорционально ёмкостям составляющих цепь элементов. А теперь представьте ситуацию, когда разница потенциалов в цепи явно превышает рабочую. Что делать? Набрать последовательную цепь из конденсаторов с более низким рабочим напряжением. А жертвуем мы за это величиной ёмкости.
В некоторых случаях выгодным оказывается смешанное соединение конденсаторов. Допустим, мы можем только часть номинала набрать параллельным включением, а остальные элементы предназначены для работы с более низким напряжением. Тогда пробуем набрать из последних последовательную ветку нужного размера в фарадах.
Формулы измерения напряжения конденсаторов
Численный показатель напряжения равен электродвижущей силе. Также он определяется, как емкость, поделенная на величину заряда, исходя из формулы определения его величины. В соответствии с ещё одним правилом, напряжение равно току утечки, поделенному на изоляционное сопротивление.
Вам это будет интересно Как рассчитать индуктивность катушки
Основные формулы для расчета
В целом, конденсатор – это устройство для аккумулирования электрического заряда, состоящее из нескольких пластинчатых электродов, которые разделены с помощью диэлектриков. Устройство имеет электрод, измеряемый в фарадах. Один фарад равен одному кулону. На напряжение устройства влияет ток, показатели которого можно вычислить через описанные выше формулы.
Ряды номиналов ёмкостей конденсаторов
Существует несколько рядов стандартных номиналов конденсаторов, например, Е3, Е6, Е12, Е24. Что это такое? После войны 45-го года, когда все страны сели за стол переговоров, выяснилось, что у собеседников присутствует два основных стандарта на ряду ёмкостей. Весь смысл в том, чтобы, как это говорилось выше, можно было бы набрать любой номинал из составляющих путём параллельного соединения.
Оказалось, что это можно сделать двумя способами:
Теперь читатели понимают, что эти ряды стандартных номиналов конденсаторов достаточно сложные. Итак, выяснилось, что некоторая часть стран уже использует вторую методику, тогда как теоретически большую выгоду несёт именно первая. Но в угоду неким условиям было решено применять именно корень двенадцатой степени. И именно туда входит ряд конденсаторов Е12. Все его значения пропорциональны степеням десятки, над которыми произведена указанная математическая операция. На практике это выглядит, как 1, 1,2, 1,5, 1,8 и пр.
Другие ряды кратны этому. В них корень берётся, соответственно, третьей, шестой, двадцать четвертой, сорок восьмой, девяносто шестой и даже сто девяносто второй степеней. В результате и образуются стандартные ряды. Для каждого из них были установлены свои допуски номиналов конденсаторов. Например, для:
Дело в том, что со снижением степени корня растёт расстояние между номиналами. Поэтому для перекрытия всего диапазона и допуски следует взять менее жёсткие. На практике, как это мы говорили ранее в наших обзорах, номинал со временем может выходить за указанные рамки. Как бы то ни было, люди измеряют реальное значение тестером и продолжают пользоваться изделием на свой страх и риск. Стоит также обратить внимание, что в рядах Е48 и Е96 исключены чётные члены (чётные степени числа десять под корнем), тогда как в Е192 впервые появляются отрицательные значения (например, 10 в степени минус один).
Приведённая информация позволит нашим читателям лучше понять смысл маркировки конденсаторов, чтобы правильно набрать из них нужные последовательные и параллельные цепочки. Кроме того, будет ясно, какие номиналы следует искать с тем или иным допуском, а которых и не существует вовсе в природе. Также должно быть понятно, что со временем съезда 1948 года в Стокгольме в большинстве стран номиналы конденсаторов унифицированы. Поэтому не нужно думать, что американские ёмкости полностью не годятся для наших российских условий. Вот только сетевое напряжение за океаном имеет другой номинал, в этом плане и нужно проявлять осторожность.
Однако! Ряд рабочих напряжений также прописан в ГОСТ 28884, как и номиналы. Причём учтены интересы всех стран. Допустим, для сетевых фильтров в Российской Федерации подойдут конденсаторы на 250 В, тогда как для Соединённых Штатов Америки более уместны изделия с номиналов на 127 В. Ряды постоянных напряжений и вовсе изолированы. В блоках питания, к примеру, значение зависит от типа выпрямителя (однополупериодный, двухполупериродный и пр.). Нужно также учитывать, что большинство конденсаторов в подобных цепях находится под удвоенной нагрузкой (к примеру, в блоке питания персонального компьютера напряжение на обкладках может достигать 600 В).
Какие диоды нужны для диодного моста? Как правильно подобрать диоды для выпрямления.
Тема: как выбрать диод для получения постоянного тока из переменного.
Порой, когда дело приходится иметь с блоками питания (их ремонтом, сборкой своими руками) сталкиваешься с его выпрямительной частью, которая из переменного напряжения делает постоянное. Эта часть есть не что иное как диодный выпрямительный мост. Для технарей электротехников известно, что это такое и какова функция этого элемента электрических схем. Для непосвященных поясню — большинство электротехники содержат в своих схемах блок питания, который понижает сетевое напряжение 220 вольт в меньшее, что используется устройствами (3, 5, 9, 12, 24 вольта, это наиболее распространенные величины пониженных напряжений). В сети используется переменный ток, а практически все электронные схемы работают на постоянном. Так вот, для преобразования переменного напряжения в постоянное и используется диодный мост.
Выпрямительные диодные мосты бывают готовыми сборками в едином корпусе, а бывают и самодельными, которые спаиваются из четырех одинаковых диодов. А какие диоды нужны для самодельного диодного моста и как правильно подобрать их для выпрямителя? Все достаточно просто. Основными параметрами для выбора диодов на мост являются напряжение (обратное) и сила тока (которую они могут через себя пропускать без перегрева).
Напомню, что диоды при прямом подключении (плюс диода к плюсу прилагаемого напряжения, а минус диода к минусу прилагаемого напряжения) к питанию пропускают через себя электрический ток. В этом режиме (открытом) на них оседает небольшое напряжение в пределах около 0,6 вольт. Как и любые другие проводники они имеют свое внутреннее сопротивление (что и обуславливает это небольшое падение напряжения на них в открытом состоянии). Чем оно больше, тем меньшую силу тока диод способен через себя пропустить. Если же на диод приложить постоянное обратное напряжение (на плюс диода подать минус источника, и на минус диода подать плюс источника), то диод будет работать в режиме запирания. Он не будет через себя пропускать постоянный ток (будет закрыт).
Так вот, есть максимальная величина обратного напряжения, которую диод может выдержать не входя в режим электрического и теплового пробоя. Именно это обратное напряжение и нужно учитывать при выборе диодов на выпрямительный мост. Если на диодный мост будет подаваться напряжение 220 вольт переменного тока, значит диоды моста должны быть рассчитаны на большее напряжение (с запасом не менее 25%). А лучше вовсе брать с достаточно большим запасом. Это убережет полупроводники от попадания на них случайных скачков напряжения, идущие от сети. Сейчас на обычные, небольшие блоки питания ставят диоды серии 1n4007, у которых обратное напряжение равно 1000 вольтам, а долговременный ток они могут выдерживать до 1 ампера (при температуре 75 градусов).
Второй, и пожалуй главной характеристикой выпрямительного диода является сила тока, которую он может пропускать через себя длительное время (без перегрева). Изначально вы должны знать, на какой максимальный ток рассчитан ваш блок питания. И только после этого уже нужно подбирать выпрямительные диоды на мост. К примеру, вы решили сделать себе самодельный регулируемый блок питания с выходным напряжением до 15 вольт и максимальным током в 6 ампер. Следовательно, под такой источник питания нужно брать диоды, рассчитанные на силу тока порядка 10 ампер (плюс определенный запас по току). Ток в 6 ампер как бы относительно немалый. Он будет нагревать диоды выпрямительного моста. Значит под эти диоды, мост еще нужно предусмотреть охлаждающий радиатор.
Напомню, что большинство полупроводниковых компонентов сделаны из кремния, а этот материал имеет максимальную рабочую температуру 150—170 °C. Выход за эти пределы разрушаю полупроводник, в нашем случае диоды диодного моста. Лучше держать температуру диодов в пределах до 75 °C. Поставьте на мост небольшой радиатор и посмотрите не выходит ли температура при максимальной нагрузки блока питания за допустимые пределы.
Диодных мостов и диодов (под них) существует достаточно большое количество. При выборе сначала в поисковике найдите справочную таблицу диодов и диодных мостов, где указаны основные технические характеристики выпрямителей. Выберите наиболее подходящий компонент с учетом номинального обратного напряжения и силы тока. Если вы поставите на диодный мост диоды с большими номинальными токами и напряжениями, ничего страшного, это будет даже лучше, как бы излишний запас. Но подбирать меньшие или впритык лучше не стоит.
Видео по этой теме:
P.S. Кроме основных характеристик (тока и напряжения) диодов, которые будут ставится на диодный мост, еще нужно обращать внимание на частоту, на которой они могут нормально работать. Частота сети в 50 герц является достаточно малой и под нее подойдут практически все диоды. Выше приведенный диод 1n4007 имеет рабочую частоту в 1 мГц. Обращать внимание на частоту актуально для электрических схем, рассчитанных на действительно высокие частоты.
Как физически соединить конденсаторы последовательными или параллельными цепочками
Очень часто при сборке прибор до тестирования не имеет чётких рамок. Поэтому приходится добавлять или убирать различные элементы. Что делать в этом случае? Чаще всего применяют обычные скрутки. Наравне с пожароопасностью это создаёт угрозу поражения током. Кроме того скрутки сложно выполнить для большого количества присоединяемых проводов. А паять, как мы говорили выше, не вариант.
Здесь можно порекомендовать использовать групповые клеммы (клеммник, шина) в особо проблемных узлах. Во-первых, можно купить шину (наподобие заземления) в ближайшем хозяйственном магазине. Обычно такие продаются вместе с изолирующим основанием, которое без проблем крепится саморезами на деревянное основание. В результате у нас получается надёжный мост, причём в каждое гнездо можно завести по несколько жил. Здесь могут возникнуть проблемы только в том случае, если проводки тонкие (высокочастотная часть). Но связки конденсаторов как раз часто набирают для силовых цепей, поэтому мы не видим большой беды в том, что использовать прямо предназначенные для таких случаев колодки. Цена вопроса не более 50 рублей за штуку.
Плюс в том, что клеммы можно будет использовать каждый раз при отладке. Но, допустим, размеры корпуса малы и не позволяют внутри разместить колодку. А после тестирования как объединить множество параллельных проводов? Следует сказать, что никаких методик на этот счёт не предусматривается. Либо выполняется разводка на печатной плате (можно специально для этого протравить небольшой отрезок нужным образом, либо воспользуйтесь одиночными клеммами. Такие обычно обжимаются вокруг жилы, после чего можно их целыми связками объединять при помощи резьбовых соединений.
Например, закрепить на планке из дерева болт резьбой вверх, а все это установить на прочное деревянное основание. Такое допускается на период тестирования. В случае прямого соединения аппаратуры или электрики (например, в тесной распаячной коробке) можно применить обычный болт. Многие читатели скажут, что параллельное соединение конденсаторов было бы удобнее набрать, прокладывая разделительные шайбы между витками проводки, а не применением индивидуальных клемм. Мы ответим – попробуйте это сделать сами, в особенности с жилой высокого класса гибкости (которая состоит из множества тончайших проволочек), разницу почувствуете сразу. Особенно в том случае, когда часто придётся выполнять перекоммутацию.
Понятно, что конденсатор в цепи переменного тока обычно стоит под низким напряжением, следовательно, все жилы тонкие, и тогда может показаться, что клемму сложно обжать. Но мы рекомендуем на этапе тестирования под одно кольцо заделывать сразу несколько жил. Это, как правило, те, что не будут меняться. А вот прочие можно уже и скруткой сделать. В общем и целом нужно понимать, что последовательное и параллельное соединения принципиально отличаются числом входящих и исходящих проводов. Поэтому и способы коммутации будут разными.
Как проверить качество соединения конденсаторов в цепи
Самый идеальный случай, когда у нас на руках имеется соответствующего типа вольтметр. Он стоит (после аннексии Крыма) в пределах одной тысячи рублей. Это не так много, учитывая, что вкупе мы получаем прибор для измерения сопротивлений, постоянного и переменного напряжения, токов. Гнездо под измерение конденсатор (см. фото) представляет собой две узкие щели, куда должны вставляться ножки. По нашим наблюдениям нет разницы, какой стороной вставлять электролитический конденсатор. Хотя лучше все же руководствоваться инструкцией по эксплуатации.
В общем и целом рекомендуется до начала работ измерить все номиналы, затем как-то промаркировать их, либо разложить по нарисованной на бумаге схеме, где уже проставлять все цифры (кстати, так обычно и делается во всей китайской технике). Затем следует вычислить по формулам, какое именно значение должно получиться и проверить это тестером. Не получается? Значит, качество контактов плохое – меньше применяйте скруток.