Как рассчитать емкость в самодельном конденсаторе?

Содержание

Ёмкость, конденсатор, микрофарад — что это такое, вопросы и ответы

Как рассчитать емкость в самодельном конденсаторе?

Вопросы и ответы по теме конденсаторов, что такое конденсатор, в каких единицах ихзмеряется емкость и другие.

Что такое начальная ёмкость?

Начальной или минимальной ёмкостью называется та ёмкость переменного конденсатора, которую он имеет при полностью выведенных пластинах. Начальная ёмкость имеет большое значение для перекрытия диапазона: чем она меньше, тем обычно лучше конденсатор, так как с таким конденсатором в контуре получается значительно большее перекрытие.

Пусть, например, имеется переменный конденсатор с конечной ёмкостью в 500 см и с начальной ёмкостью в 20 см. При введении его подвижных пластин от нуля до максимума ёмкость изменяется в 25 раз (500:20=25).

В формуле Томсона , которая связывает индуктивность контура, ёмкость контура и длину волны, ёмкость находится под корнем. Поэтому при изменении ёмкости конденсатора в 25 раз длина волны изменится не в 25 раз, а в V25; т. е. в 5 раз.

Если начальная волна была 200 м, конечная будет в 5 раз больше, т. е. 1 000 м. Посмотрим, какое перекрытие получится в контуре, если начальная ёмкость переменного конденсатора будет равна не 20 см, а хотя бы 50 см?

В этом случае ёмкость конденсатора при повороте его пластин от минимума до максимума изменится в 10 раз (500:50=10). Длина волны изменится приблизительно (V10) в 3,3 раза, т. е. если начальная волна контура равна 200 м, то конечная будет равна 660 м. Как видим, когда начальная ёмкость конденсатора меньше, то перекрытие получается гораздо большим.

В действительности в контурах, работающих в приёмниках, таких больших перекрытий не получается, потому что к начальной ёмкости переменного конденсатора в приёмнике добавляются ещё как бы “паразитные” ёмкости — ёмкость катушки, ёмкость монтажа, входная ёмкость лампы.

Поэтому начальная ёмкость переменного конденсатора, работающего в приёмнике, всегда бывает значительно больше, чем собственная начальная ёмкость. Таким образом, при расчёте контуров следует учитывать не только одну начальную ёмкость переменных конденсаторов, но и ёмкость монтажа.

Рис. 1. Межвитковая ёмкость катушки, емкость между витками и шасси.

Можно ли при конструировании приёмника применять переменные конденсаторы иной ёмкости, чем указано в описании?

При сборке приёмника рекомендуется в точности придерживаться величин ёмкости переменных конденсаторов, указанных в описании конструкции.

Если же таких конденсаторов достать нельзя, то можно их заменить другими, несколько отличающимися по ёмкости. Однако, отношение конечной ёмкости применяемого конденсатора к начальной должно быть таким же, как и у конденсатора, рекомендуемого в описании.

При этом индуктивность катушки следует увеличить или уменьшить в зависимости от того, уменьшена или увеличена была ёмкость переменного конденсатора. Если, например, ёмкость конденсатора была уменьшена, то индуктивность следует увеличить.

Какой конденсатор лучше — с твёрдым диэлектриком или с воздушным?

Ответить на этот вопрос в общей форме нельзя, так как и у того, и у другого конденсатора имеются свои преимущества и недостатки. Потери в конденсаторе с воздушным диэлектриком близки к нулю.

Поэтому в колебательных контурах предпочтительнее применять конденсаторы с воздушным диэлектриком. При применении в колебательных контурах конденсаторов с твёрдым диэлектриком в контуры будут внесены очень заметные потери.

Однако, у конденсаторов с воздушным диэлектриком имеются недостатки: так как расстояние между пластинами нельзя сделать чрезмерно малым, то конденсаторы получаются довольно громоздкими.

Конденсаторы этого типа легко повреждаются от механических причин. Конденсаторы с твёрдым диэлектриком значительно более компактны и в них реже происходят замыкания между пластинами.

Поэтому в тех цепях, в которых можно не считаться с потерями, происходящими в конденсаторах, например, в цепях обратной связи, регулятора громкости и т. д., более выгодно применять конденсаторы с твёрдым диэлектриком.

Рис. 2. Переменные конденсаторы с воздушным диэлектриком.

У какого конденсатора ёмкость больше — у конденсатора с твёрдым диэлектриком или у конденсатора с воздушным диэлектриком при одинаковом числе пластин, одинаковой форме и одинаковом расстоянии между ними?

При указанных в вопросе условиях ёмкость конденсатора с твёрдым диэлектриком будет больше.

Читайте также  Как рассчитать мощность генератора для дачи?

Когда и где применяются прямоволновый, прямочастотный, среднелинейный и прямоёмкостный конденсаторы?

В радиолюбительских приёмниках раньше применялись прямоёмкостные конденсаторы, которые впоследствии были заменены прямочастотными и прямоволновыми конденсаторами, дававшими возможность более равномерно распределить по шкале настройку на станции.

В настоящее время применяются почти исключительно среднелинейные конденсаторы, иначе называемые логарифмическими, так как эти конденсаторы легче других можно объединить на одной общей оси.

В приёмниках, имеющих один настраивающийся контур, следует предпочесть прямочастотные конденсаторы, так как при этих конденсаторах распределение станций по шкале получится совершенно равномерным.

Рис. 3. Форма пластин различных конденсаторов.

Какие пластины конденсатора нужно заземлять — подвижные или неподвижные?

Как в конденсаторах контуров, так и в конденсаторах, ставящихся для регулировки обратной связи, ротор (подвижные пластины) обычно соединяется с проводом, идущим к “земле”.

Если по схеме подвижные пластины нельзя заземлить, то переменный конденсатор во всяком случае надо включить так, чтобы с сеткой лампы были бы соединены его неподвижные пластины.

Для чего в крайних пластинах роторов переменных конденсаторов имеются прорезы?

Прорезы в крайних пластинах роторов конденсаторов служат для подгонки контуров приёмника в резонанс. Эта регулировка в фабричных условиях производится следующим образом.

Вначале с помощью подстрочных конденсаторов устанавливается одинаковая начальная ёмкость всех конденсаторов, насажанных на одну ось. Затем с помощью гетеродина задаётся определённая частота, соответствующая, например, волне в 200 м.

Приёмник настраивается на эту волну. После того, как настройка произведена, путём отгибания “долек” роторных пластин в той части, которой они вошли в статоры, добиваются получения наибольшей громкости приёма. Такую регулировку приёмника осуществляют на нескольких участках диапазона.

Наличие разрезных пластин роторов конденсаторов позволило убрать ручки корректоров, имеющихся, например, в приёмниках типа ЭЧС-2, ЭКЛ-4 (см. вопрос 49). В радиолюбительских условиях регулировка при помощи гетеродина может быть заменена практической настройкой на дальние станции.

Как приблизительно определить ёмкость микрофарадных конденсаторов?

Если имеется один или два микрофарадных конденсатора, ёмкость которых известна, то приблизительное определение ёмкости других конденсаторов может быть получено следующим путём.

“Эталонные” конденсаторы включаются в сеть переменного тока последовательно с электрической лампой. На-глаз определяется степень накала лампы, при включении того или другого конденсатора.

После этого в таком же порядке включается микрофарадный конденсатор, ёмкость которого неизвестна. Если накал лампы будет при таком включении ярче, то ёмкость измеряемого конденсатора больше эталонного и наоборот.

Рис. 4. Как приблизительно оценить емкость микрофарадного конденсатора.

Как проверить исправность микрофарадных конденсаторов?

Из батарейки, телефонных трубок и испытываемого конденсатора составляется последовательная цепь. В момент замыкания этой цепи в телефоне будет слышен лёгкий щелчок.

Цепь размыкается и через 2-5 сек. замыкается вновь. Если щелчок не повторится — это будет признаком исправности конденсатора. Повторение же щелчка указывает на то, что в конденсаторе имеется утечка.

Рис. 5. Как проверить исправность микрофарадных конденсаторов.

Как повысить пробивное напряжение микрофарадных конденсаторов?

“Рулон” конденсатора вынимают из металлической коробки и погружают на 1-2 часа в кипящий парафин. По прошествии этого времени конденсатор вновь вкладывают в металлическую коробку.

Обработанный таким образом конденсатор несколько уменьшает свою первоначальную ёмкость, но зато пробивное напряжение его повышается в два-три раза.

Можно ли восстановить пробитые микрофарадные конденсаторы?

В некоторых случаях пробитые конденсаторы удаётся исправить следующим образом: пробитые конденсаторы включаются в обмотку накала подогревных ламп радиоустановки.

Через конденсатор при этом включении проходит ток около 2 А, который нагревает обкладки конденсатора в том месте, где они пробиты. Парафин, которым залиты конденсаторы, расплавляется и заливает пробитое место.

В момент включения конденсатора в обмотку накала он начинает гудеть. Через очень короткое время (1-3 мин.) гудение прекращается, что и указывает на то, что конденсатор восстановлен.

Рис. 6. Схема для восстановления пробитых микрофарадных конденсаторов.

Даёт ли электролитический конденсатор при разряде искру?

Электролитические конденсаторы имеют большую утечку, поэтому при разряде их искры не бывает.

Можно ли допускать некоторые изменения в ёмкостях конденсаторов, указанных в описаниях той или иной конструкции?

По существу в приёмниках не бывает ни одного конденсатора, величину которого нельзя было бы в известных пределах изменить. Вопрос этот можно поставить иначе: потребует ли изменение ёмкости данного конденсатора изменения электрических величин других деталей или нет.

Можно, например, применить в контурах приёмника конденсаторы другой ёмкости, но для того, чтобы сохранить диапазон контуров неизменным, надо соответственно увеличить или уменьшить индуктивность катушки.

В других же случаях изменение ёмкости можно производить в известных пределах и без изменения величин других деталей. Например, ёмкости конденсаторов, стоящих в развязывающих цепях, можно без особого ущерба изменять в довольно широких пределах.

Можно также уменьшить ёмкости конденсаторов фильтра выпрямителя, если это уменьшение не вызовет появление фона. При необходимости изменения ёмкости конденсатора следует иметь в виду, что в большинстве случаев увеличение ёмкости не отражается на работе приёмника.

Исключением из этого правила являются конденсаторы, служащие для связи антенны с контуром или для связи между контурами; увеличение ёмкости этих конденсаторов может резко изменить работу приёмника.

Что такое корректор?

Корректором называется приспособление, дающее возможность поворачивать статор переменного конденсатора в пределах определённого угла.

Эта подстройка конденсатора корректором производится в процессе настройки приёмника. Корректоры дают возможность настроить все контуры приёмника точно в резонанс, но в то же время осложняют обращение с приёмником, так как по существу являются дополнительными ручками настройки.

Читайте также  Как рассчитать розетки и выключатели в квартире?

В чём заключается роль корректора?

Корректор применяется в тех случаях, когда переменные конденсаторы контуров насажаны на одну ось, но вследствие каких-либо причин при одновременном вращении конденсаторов резонанс на всём диапазоне не получается.

В таких случаях корректор позволяет поворачивать в пределах некоторого угла статоры конденсаторов, что даёт возможность в любом месте диапазона подстроить контуры точно в резонанс.

Что такое диэлектрическая проницаемость?

Диэлектрической проницаемостью среды (диэлектрической постоянной) называется число, которое показывает, во сколько раз увеличивается ёмкость конденсатора, если воздух между пластинами заменить данным веществом.

Что такое ёмкость монтажа?

Ёмкостью монтажа называется ёмкость, которая получается между деталями и соединительными проводами в приёмнике. Эта ёмкость в хорошо смонтированных приёмниках бывает не менее 25-30 см.

В плохо смонтированных приёмниках она может быть гораздо больше. Если эта ёмкость имеется в цепях, входящих в контур, то она прибавляется к начальной ёмкости переменных конденсаторов контура и уменьшает перекрытие контура.

В известных случаях эта ёмкость монтажа может привести к самовозбуждению приёмника, так как через неё устанавливается связь между каскадами.

Источник: А. П. Горшков — Cправочник радиолюбителя в вопросах и ответах, 1938г.

Источник: https://radiolamp.net/news/307-yomkost-kondensator-mikrofarad-chto-yeto-takoe-voprosy-i-otvety.html

Расчет параметров конденсатора онлайн

Как рассчитать емкость в самодельном конденсаторе?

Не знаю как Вам, а мне никогда не нравилось работать и вычислять ёмкости конденсаторов. Больше всего раздражало  наличие в исходных  данных, ёмкостей в разных номиналах, в пикофарадах, в нанофарадах, микрофарадах.  Их приходилось переводить в Фарады,  что влекло за собой глупейшие ошибки в расчетах.

Конденсатор — в принципе это любая конструкция, которая может сохранять накопленный электрический потенциал.  Если же эта конструкция, не только хранит электроэнергию, но и генерирует её, то это уже источник электропитания и никак  не конденсатор.

Конструкция конденсаторов может быть любой, но чаще всего в практике используется плоский конденсатор, состоящий из двух проводящих пластин, между которыми находится какой либо диэлектрик.  Это связано с тем, что расчет ёмкости такого конденсатора ведется по известной формуле и простотой его создания. Свернув такой плоский конденсатор в рулон, мы получаем, что при фактическом скромном размере  «рулона», там находится плоский конденсатор, длиной в десятки сантиметров и обладающий повышенной ёмкостью.

Емкости конденсаторов некоторых форм известны, и мы дальше их рассмотрим.

Но хотелось бы заметить, что на наш взгляд, потенциал  развития  конденсаторов до  конца не завершен. Ведь форма конструкции какого либо конденсатора может быть любая, материалы из которого сделаны обкладки или диэлектрический слой  тоже могут быть любыми в пределах таблицы Менделеева. Единственная сложность, это невозможность теоретически просчитать потенциальную ёмкость, новосозданного (другой конструкции) конденсатора. Это усложняет нахождение самой лучшей конструкции конденсатора.

Есть хорошая книга по рассмотрению электрической ёмкости различных фигур. Для любопытных рекомендую поискать на просторах Интернета: Расчет электрической ёмкости в авторстве Ю.Я.Иоселль 1981 года

Данный бот рассчитывает параметры типовых форм конденсаторов. Отличие от других калькуляторов, присутствующих в интернете, это возможность задавать параметры, которые Вам известны, для того что бы рассчитать остальные.

И последнее нововведение, которое вы можете использовать. Вам не обязательно придется переводить заданные данные в  метры, фарады и т.д. Достаточно обозначить размерность данных. 

Например, если ёмкость известна и равно 100 пикофарад, то боту можно так и написать c=100пикофарад или с=100пФ, бот сам  переведет в Фарады.

Результат, тоже будет выдан оптимально визуальному восприятию пользователя. 

Это стало возможно с созданием бота Система единиц измерения онлайн

Плоский конденсатор. Параметры

Полученные характеристики плоского конденсатора

Самая простая и самая распространенная конструкция конденсатора это два плоских проводника разделенных тонким слоем диэлектрика ( то есть материала не проводящего электрический ток).

Ёмкость такого сооружения определяется следующей формулой.

где ε0 = 8,85.10-12 Ф/м — абсолютная диэлектрическая проницаемость

Если же конденсатор состоит не из пары пластин, а каого то n-ого количества плоских пластин то ёмкость такого «слоёного» конденсатора составит

Еще интереснее выглядит формуа такого «слоёного» конденсатора,  если в слоях находятся разные диэлектрики , разной толщины d

S- площадь одной из обкладок конденсатора ( предполагаем что другая обкладка имеет такую же площадь)

d- расстояние между обкладками

С- ёмкость конденсатора

Рассмотрим примеры

Задача: Ёмкость плоского конденсатора 350 нанофарад, расстояние между обкладками 1 миллиметр, и заполнено воздухом. Определить какова площадь обкладок?

Сообщаем боту что нам известно: C=350нФ, d=1мм. Так как у воздуха диэлектрическая проницаемость 1.00059 то e=1.00059. Поле площадь очистим, так именно его мы будем определять

Получаем  вот такой ответ

Полученные характеристики плоского конденсатора
d = 1 милиметр  e = 1.00059  C = 350 нанофарад S = 39.524703024086 м2 

Ответ, площадь обкладок конденсатора при таких значениях должна составлять почти 40 квадратных метров.

Цилиндрический  КОНДЕНСАТОР

     

Полученные характеристики цилиндрического конденсатора

Цилиндрический конденсатор представляет в простейшем случае две трубки разного диаметра вложенных друг в друга. разделенных диэлетриком

Иногда может получится так, что ёмкость цилиндрического конденсатора станет отрицательной величиной. Ничего страшного, это лишь говорит о том что Вы перепутали радиусы внешней и внутренней оболочки местами.

 

Источник: https://abakbot.ru/online-9/176-jomkost-kondensatora-online

Как рассчитать емкость в самодельном конденсаторе?

Как рассчитать емкость в самодельном конденсаторе?

Радиоэлектроника для начинающих

У многих начинающих любителей электроники в процессе сборки самодельного устройства возникает вопрос: “Как правильно соединять конденсаторы?”

Казалось бы, зачем это надо, ведь если на принципиальной схеме указано, что в данном месте схемы должен быть установлен конденсатор на 47 микрофарад, значит, берём и ставим. Но, согласитесь, что в мастерской даже заядлого электронщика может не оказаться конденсатора с необходимым номиналом!

Читайте также  Как рассчитать молниезащиту?

Похожая ситуация может возникнуть и при ремонте какого-либо прибора. Например, необходим электролитический конденсатор ёмкостью 1000 микрофарад, а под рукой лишь два-три на 470 микрофарад. Ставить 470 микрофарад, вместо положенных 1000? Нет, это допустимо не всегда. Так как же быть? Ехать на радиорынок за несколько десятков километров и покупать недостающую деталь?

Как выйти из сложившейся ситуации? Можно соединить несколько конденсаторов и в результате получить необходимую нам ёмкость. В электронике существует два способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

В реальности это выглядит так:

Параллельное соединение

Принципиальная схема параллельного соединения

Последовательное соединение

Принципиальная схема последовательного соединения

Также можно комбинировать параллельное и последовательное соединение. Но на практике вам вряд ли это пригодиться.

Как рассчитать общую ёмкость соединённых конденсаторов?

Помогут нам в этом несколько простых формул. Не сомневайтесь, если вы будете заниматься электроникой, то эти простые формулы рано или поздно вас выручат.

Общая ёмкость параллельно соединённых конденсаторов:

С1 – ёмкость первого;

С2 – ёмкость второго;

С3 – ёмкость третьего;

СN – ёмкость N-ого конденсатора;

Cобщ – суммарная ёмкость составного конденсатора.

Как видим, при параллельном соединении ёмкости нужно всего-навсего сложить!

Внимание! Все расчёты необходимо производить в одних единицах. Если выполняем расчёты в микрофарадах, то нужно указывать ёмкость C1, C2 в микрофарадах. Результат также получим в микрофарадах. Это правило стоит соблюдать, иначе ошибки не избежать!

Чтобы не допустить ошибку при переводе микрофарад в пикофарады, а нанофарад в микрофарады, необходимо знать сокращённую запись численных величин. Также в этом вам поможет таблица. В ней указаны приставки, используемые для краткой записи и множители, с помощью которых можно производить пересчёт. Подробнее об этом читайте здесь.

Ёмкость двух последовательно соединённых конденсаторов можно рассчитать по другой формуле. Она будет чуть сложнее:

Внимание! Данная формула справедлива только для двух конденсаторов! Если их больше, то потребуется другая формула. Она более запутанная, да и на деле не всегда пригождается .

Или то же самое, но более понятно:

Если вы проведёте несколько расчётов, то увидите, что при последовательном соединении результирующая ёмкость будет всегда меньше наименьшей, включённой в данную цепочку. Что это значить? А это значит, что если соединить последовательно конденсаторы ёмкостью 5, 100 и 35 пикофарад, то общая ёмкость будет меньше 5.

В том случае, если для последовательного соединения применены конденсаторы одинаковой ёмкости, эта громоздкая формула волшебным образом упрощается и принимает вид:

Здесь, вместо буквы M ставиться количество конденсаторов, а C1 – его ёмкость.

Стоит также запомнить простое правило:

При последовательном соединении двух конденсаторов с одинаковой ёмкостью результирующая ёмкость будет в два раза меньше ёмкости каждого из них.

Таким образом, если вы последовательно соедините два конденсатора, ёмкость каждого из которых 10 нанофарад, то в результате она составит 5 нанофарад.

Не будем пускать слов по ветру, а проверим конденсатор, замерив ёмкость, и на практике подтвердим правильность показанных здесь формул.

Возьмём два плёночных конденсатора. Один на 15 нанофарад (0,015 мкф.),а другой на 10 нанофарад (0,01 мкф.) Соединим их последовательно. Теперь возьмём мультиметр Victor VC9805+ и замерим суммарную ёмкость двух конденсаторов. Вот что мы получим (см. фото).

Замер ёмкости при последовательном соединении

Ёмкость составного конденсатора составила 6 нанофарад (0,006 мкф.)

А теперь проделаем то же самое, но для параллельного соединения. Проверим результат с помощью того же тестера (см. фото).

Измерение ёмкости при параллельном соединении

Как видим, при параллельном соединении ёмкость двух конденсаторов сложилась и составляет 25 нанофарад (0,025 мкф.).

Во-первых, не стоит забывать, что есть ещё один немаловажный параметр, как номинальное напряжение.

При последовательном соединении конденсаторов напряжение между ними распределяется обратно пропорционально их ёмкостям. Поэтому, есть смысл при последовательном соединении применять конденсаторы с номинальным напряжением равным тому, которое имеет конденсатор, взамен которого мы ставим составной.

Если же используются конденсаторы с одинаковой ёмкостью, то напряжение между ними разделится поровну.

Для электролитических конденсаторов

При соединении электролитических конденсаторов (электролитов) строго соблюдайте полярность! При параллельном соединении всегда подключайте минусовой вывод одного конденсатора к минусовому выводу другого,а плюсовой вывод с плюсовым.

Параллельное соединение электролитов

Схема параллельного соединения

В последовательном соединении электролитов ситуация обратная. Необходимо подключать плюсовой вывод к минусовому. Получается что-то вроде последовательного соединения батареек.

Последовательное соединение электролитов

Схема последовательного соединения

Также не забывайте про номинальное напряжение. При параллельном соединении каждый из задействованных конденсаторов должен иметь то номинальное напряжение, как если бы мы ставили в схему один конденсатор.

Если хоть один из них будет иметь меньшее номинальное напряжение (например, 25 вольт), то он вскоре выйдет из строя.

Желательно, чтобы для составного конденсатора подбирались конденсаторы одного типа (плёночные, керамические, слюдяные, металлобумажные). Лучше всего будет, если они взяты из одной партии, так как в таком случае разброс параметров у них будет небольшой.

Конечно, возможно и смешанное (комбинированное) соединение, но в практике оно не применяется (я не видел ). Расчёт ёмкости при смешанном соединении обычно достаётся тем, кто решает задачи по физике или сдаёт экзамены

Источник: https://1000eletric.com/kak-rasschitat-emkost-v-samodelnom-kondensatore/