Конденсаторы.
Емкость конденсатора определяется уравнением:
C = 
, где Q – заряд накопленный на конденсаторе;
U – напряжение на нём.
Энергия накопленная в конденсаторе Е = СU2/2.
Конструкция простого конденсатора с параллельными пластинами показана на Рис. 1.1а.
Ёмкость такого конденсатора С = 
,
где: А — площадь пластин конденсатора;
ε — диэлектрическая проницаемость материала между пластинами;
d — расстояние между пластинами.
В большинстве случаев конденсаторы с плоскими параллельными пластинами не годятся для практического применения. Например, емкость двух пластин площадью 100 см2, расстояние между которыми 1 мм, составит около 80 пФ. Большей емкости можно достичь увеличением площади пластины А и диэлектрической проницаемости ε или уменьшением расстояния между пластинами d.
Однако конденсаторы должны работать при достаточно больших напряжениях, и эти противоречивые требования (большое напряжение и малое расстояние d) ставят перед производителями электронных компонентов непростые задачи.
Чаще всего реальные конденсаторы конструируют, используя металлическую фольгу и материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, такие как слюда или керамика. Конструкция такого конденсатора показана на Рис. 1.1б.
Современным методом производства конденсаторов является напыление металлических пленок на диэлектрик. Конденсаторы такой конструкции (известные как серебряно-слюдяные и керамические) достаточно стабильны и имеют неплохие характеристики. Их емкость лежит в пределах от нескольких пФ до приблизительно 5000 пФ для слюдяных и единиц микрофарад для керамических конденсаторов.
Более высокая емкость достигается при попеременном расположении слоев фольги и бумаги. Существует множество разновидностей фольговых конденсаторов, где в качестве диэлектрика используются различные материалы, например полиэфирные и поликарбонатные пленки.
Чтобы получить еще большую емкость, необходимо еще больше сократить расстояние между пластинами. Этого можно добиться, погрузив металлическую пластину в электролит. В этом случае диэлектриком между «пластинами» (металлом и электролитом) будет тонкая оксидная пленка. Конструкция металл/оксид/электролит имеет свойства конденсатора, а исключительно тонкий слой оксида (обычно 10-4 мм) обеспечивает высокую емкость.
Дальнейшего увеличения емкости можно добиться с помощью травления металлической пластины. Эта процедура придаст шероховатость поверхности, и, таким образом, площадь поверхности увеличивается. На основе идеи электролитического конденсатора возникло множество типов конструкций, в последней из которых используется тантал. Диэлектрическая проницаемость оксида тантала чрезвычайно высока, поэтому небольшие танталовые электролитические конденсаторы имеют высокую стабильность и очень малый ток утечки. Однако их диапазон рабочего напряжения невелик по сравнению с другими электролитическими конденсаторами и составляет обычно 10...20 В.
На каждый вывод электролитических конденсаторов всегда подается напряжение только определенной полярности. Если полярность напряжения будет изменена, то диэлектрическая оксидная пленка разрушится, и в электролите может образоваться газ, который создаст избыточное внутреннее давление, что может привести к разрушению корпуса конденсатора. Поэтому при монтаже очень важно убедиться в том, что электролитические конденсаторы установлены в соответствии с указанной полярностью.
Вообще электролитические конденсаторы далеко не самые лучшие. К их недостаткам, по сравнению с обычными конденсаторами, относятся низкий коэффициент мощности, большие утечки и довольно высокая цена. Вдобавок их срок службы достаточно мал. и они имеют склонность высыхать при высоких температурах окружающей среды. Следовательно, электролитические конденсаторы стоит применять только в тех случаях, когда использование конденсаторов другого типа не представляется возможным.
Для всех типов конденсаторов определяют максимально допустимое рабочее напряжение. Его значения лежат в диапазоне от нескольких вольт (для танталовых электролитических) до нескольких киловольт (для специальных бумажных). Поэтому для схемы, куда устанавливается конденсатор, должно быть определено пиковое (не среднеквадратическое) значение напряжения, которое может возникнуть во время работы (включая переходные процессы), и в соответствии с ним следует подобрать конденсатор.
Для резонансных индуктивно-емкостных генераторов требуются конденсаторы переменной емкости. Емкость таких конденсаторов изменяется регулировкой площади пластин А, расстояния между пластинами d или диэлектрической проницаемости С в соответствии с уравнением, приведенным выше. В конденсаторах переменной емкости с изменяемой площадью пластин в качестве диэлектрика служит воздух, а площадь изменяется регулировкой относительного углового положения двух пластинчатых обкладок. Изменение емкости у всех переменных конденсаторов мало и обычно не превышает нескольких сот пикофарад.