Конденсаторы

О некоторых свойствах конденсатора — «накопителя» электрических заря­дов — я тебе уже рассказывал. Тогда же говорил, что емкость конденсатора будет тем значительнее, чем больше площадь его обкладок и чем тоньше слой диэлектрика между ними.

Основной единицей электрической емкости является фарада (сокращенно Ф). Однако 1 Ф — это очень большая емкость. Земной шар, например, обладает емкостью меньше 1 Ф. В электро- и радиотехнике пользуются еди­ницей емкости, равной миллионной доле фарады, которую называют мик­рофарадой (сокращенно мкФ). В одной фараде 1 000 000 мкФ, т. е. 1 мкФ — — 0,000001 Ф. Но и эта единица емкости часто оказывается слишком большой. Поэтому существует еще более мелкая единица емкости, именуемая пикофа­радой (сокращенно пФ), представляющая собой миллионную долю микро­фарады, т. е. 0,000001 мкФ; 1 мкФ равна 1000 000 пФ.

Все конденсаторы, будь то постоянные или переменные, характеризуются прежде всего их емкостями, выраженными соответственно в пикофарадах, микро­фарадах. На принципиальных схемах емкость конденсаторов от 1 до 9999 пФ указывают целыми числами, соответствующими их емкостям в этих единицах без обозначения пФ, а емкость конденсаторов от 0,01 мкФ (10 000 пФ) и больше — в долях микрофарады или микрофарадах без обозначения мкФ. Если емкость конденсатора равна целому числу микрофарад, то в отличие о г обозначения емкости в пикофарадах после последней значащей цифры ставят запятую и нуль. Примеры обозначения емкостей конденсаторов на схемах: С, 47 соответствует 47 пФ, С2 3300 соответствует 3300 пФ; С3 0,047 соответствует 0,047 мкФ (47 000 пФ); С4 0,1 соответствует 0,1 мкФ; С5 20,0 соответствует 20 мкФ.

Ты уже знаешь, что конденсатор в простейшем виде представляет собой две пластинки, разделенные диэлектриком. Если конденсатор включить в цепь постоянного тока, то ток в этой цепи прекратится. Да это и понятно: через изолятор, которым является диэлектрик конденсатора, постоянный ток течь не может. Включение конденсатора в цепь постоянного тока равнозначно разрыву ее (мы не принимаем во внимание момент включения, когда в цепи появля­ется кратковременный ток заряда конденсатора). Иначе ведет себя конденсатор в цепи переменного тока. Запомни: напряжение на зажимах источника пере­менного тока периодически меняется.
Значит, если включить конденсатор в цепь, питаемую от такого источника тока, его обкладки будут попеременно пере­заряжаться с частотой этого тока. В результате в цепи будет протекать переменный ток.

Конденсатор подобно резистору и катушке оказывает переменному току сопротивление, но разное для токов различных частот. Он может хорошо пропускать токи высокой частоты и одновременно быть почти изолятором для токов низкой частоты.

Иногда радиолюбители вместо наружных антенн используют провода электроосветительной сети, подключая приемники к ним через конденсатор ем­костью 220—510 пФ. Случайно ли выбрана такая емкость конденсатора? Нет, не случайно. Конденсатор такой емкости хорошо пропускает токи высокой частоты, необходимые для работы приемника, но оказывает большое сопротивле­ние переменному току частотой 50 Гц, текущему в сети. В этом случае конденсатор становится своеобразным фильтром, пропускающим ток высокой частоты и задерживающим ток низкой частоты.

Сопротивление конденсатора переменному току зависит от его емкости и частоты тока: чем больше емкость конденсатора и частота тока, тем меньше его емкостное сопротивление. Это емкостное сопротивление конденсатора мож­но с достаточной точностью определить по такой упрощенной формуле:

Rс= 1/6fС,

где Rc — емкостное сопротивление конденсатора, Ом; f — частота тока, Гц; С — емкость данного конденсатора, Ф; цифра 6 — округленное до целых единиц значение 2п (точнее — 6,28, так как п = 3,14). Пользуясь этой формулой, давай узнаем, как ведет себя конденсатор по отношению к переменным токам, если использовать провода электросети в качестве антенны.

Допустим, что емкость этого конденсатора 500 пФ (500 пФ = 0,0000000005 Ф). Частота тока электросети 50 Гц. За среднюю несущую частоту радиостанции примем 1 МГц (1000 000 Гц), что соответствует волне длиной 300 м. Какое сопротивление оказывает этот конденсатор радиочастоте?

 1

Rc=——————————————————=300ООм.

 6*1000 000*0,0000000005

А переменному току электросети?

 1

Rc=——————————————————=7 МОм.

 6 • 50 • 0,0000000005

И вот результат: конденсатор емкостью 500 пФ оказывает току высокой частоты в 20000 раз меньшее сопротивление, чем току низкой частоты. Убе­дительно? Конденсатор меньшей емкости оказывает переменному току сети еще большее сопротивление.

Запомни: емкостное сопротивление конденсатора переменному току умень­шается с. увеличением его емкости и частоты тока и, наоборот, увеличи­вается с уменьшением его емкости и частоты тока.

Свойство конденсатора не пропускать постоянный ток и проводить переменные токи различных частот используют для разделения пуль­сирующих токов на их составляющие, задержания токов одних частот и про­пускания токов других частот. Этим свойством конденсаторов ты будешь часто пользоваться в своих конструкциях.

Как устроены конденсаторы постоянной емкости?

Все конденсаторы постоянной емкости имеют токопроводящие обкладки, между которыми находится изолятор — керамика, слюда, бумага или какой- либо другой твердый диэлектрик. По виду используемого диэлектрика конден­саторы называют соответственно керамическими, слюдяными, бу­мажными.

Внешний вид некоторых керамических конденсаторов постоянной емкости показан на рис. 67. У них диэлектриком служит специальная керамика, обклад­ками — тонкие слои посеребренного металла, нанесенные на поверхности кера­мики, а выводами — латунные посеребренные проволочки или полоски, припаян­ные к обкладкам. Сверху корпусы конденсаторов покрыты эмалью.

Наиболее распространены конденсаторы типов КДК (Конденсатор Дис­ковый Керамический) и КТК (Конденсатор Трубчатый Керамический). У кон­денсатора типа КТК одна обкладка нанесена на внутреннюю, а вторая — на внешнюю поверхность тонкостенной керамической трубочки. Иногда трубчатые конденсаторы помещают в геометрические фарфоровые «футлярчики» с метал­лическими колпачками на концах. Это конденсаторы типа КГК.

Керамические конденсаторы обладают сравнительно небольшими емко­стями — до нескольких тысяч пикофарад. Их ставят в те цепи, в которых те­чет ток высокой частоты (цепь антенны, колебательный контур), для связи между ними.

Чтобы получить конденсатор небольших размеров, но обладающий от­носительно большой емкостью, его делают не из двух, а из нескольких пла­стинок, сложенных в стопку и отделенных друг от друга диэлектриком (рис. 68). В этом случае каждая пара расположенных рядом пластин образует конденсатор. Соединив эти пары пластин параллельно, получают конденсатор значительной емкости. Так устроены все конденсаторы со слюдяным диэлектриком. Их обк­ладками служат листочки из алюминиевой фольги или слои серебра, нанесенные Непосредственно на слюду, а выводами — кусочки посеребренной проволоки.

Такие конденсаторы выпускаются опрессованными пластмассой. Это конден­саторы КСО. В их наименовании имеется еще цифра, характеризующая форму и размеры конденсаторов, например: КСО-1, КСО-5. Чем больше цифра, тем больше и размеры конденсатора. Некоторые слюдяные конденсаторы выпускают в керамических влагонепроницаемых корпусах. Их называют конденсаторами типа СГМ.

Емкость слюдяных конденсаторов бывает от 47 до 50 000 пФ. Как и ке­рамические, они предназначены для высокочастотных цепей, а также для исполь­зования в качестве блокировочных и для связи между высокочастотными цепями.

В бумажных конденсаторах (рис. 69) диэлектриком служит пропитанная парафином тонкая бумага, а обкладками — фольга. Полоски бумаги вместе с обкладками свертывают в рулон и помещают в картонный или металли­ческий корпус. Чем шире и длиннее обкладки, тем больше емкость конденсатора.

Диэлектриком конденсаторов типа МБМ (Металлобумажный Малогабарит­ный) служит лакированная конденсаторная бумага, а обкладками — слои металла толщиной меньше микрона, нанесенные на одну сторону бумаги. Характерная особенность конденсаторов этого типа — способность самовосстанавливаться после «пробоя».

Бумажные конденсаторы применяют главным образом в низкочастотных цепях, а также для блокировки источников питания. Разновидностей конден­саторов с бумажным диэлектриком много. И все они имеют в своем обозначении букву Б (Бумажные). Конденсаторы типа БМ (Бумажные Малогабаритные) заключены в металлические трубочки, залитые с торцов специальной смолой. Конденсаторы типа КБ имеют картонные цилиндрические корпуса. Конденсаторы типа КБГ-И помещают в фарфоровые корпуса с металлическими торцовыми колпачками, соединенными с обкладками, от которых отходят узкие выводные лепестки.

Конденсаторы емкостью до нескольких микрофарад выпускают в металли­ческих корпусах. К ним относятся конденсаторы типов КБГ-МП, КБГ-МН, КБГТ. В одном корпусе могут быть два-три таких конденсатора.

Номиналы керамических, слюдяных, бумажных, металлобумажных и дру­гих типов конденсаторов постоянной емкости, выпускаемых нашей промышлен­ностью, сведены в таблицу прилож. 1.

Особую группу конденсаторов постоянной емкости составляют элект­ролитические конденсаторы (рис. 70). По внутреннему устройству электролитический конденсатор несколько напоминает бумажный. В нем имеются две ленты из алюминиевой фольги. Поверхность одной из них покрыта тон­чайшим слоем окиси. Между алюминиевыми лентами проложена лента из пористой бумаги, пропитанной специальной густой жидкостью — электроли­том. Эту четырехслойную полосу скатывают в рулон и помещают в алю­миниевый цилиндрический стакан или патрончик.

Диэлектриком конденсатора служит слой окиси. Положительной обклад­кой (анодом) является та лента, которая имеет слой окиси. Она соединяется с изолированным от корпуса лепестком. Вторая, отрицательная обкладка (ка­тод) — пропитанная электролитом бумага. Она через ленту, на которой нет слоя окиси, соединяется с металлическим корпусом. Таким образом, корпус является выводом отрицательной обкладки, а изолированный от него лепесток — выводом положительной обкладки электролитического конденсатора.

Так, в частности, устроены конденсаторы типов КЭ, К50-3, ЭМ. Конден­саторы КЭ-2 отличаются от конденсаторов КЭ только пластмассовой втулкой с резьбой и гайкой для крепления на панели. Алюминиевые корпуса кон­денсаторов К50-3 имеют форму патрончика диаметром 4,5—6 и длиной 15— 20 мм. Выводы — проволочные. Аналогично устроены и конденсаторы типа К50-6. Но у них выводы электродов (обкладок) изолированы от корпусов.

На принципиальных схемах электролитические конденсаторы изображают так же, как и Другие конденсаторы постоянной емкости,—двумя черточками, но возле положительной обкладки ставят знак «+».

Электролитические конденсаторы обладают большими емкостями — от долей до нескольких тысяч микрофарад. Они предназначены для работы в цепях с пульсирующими токами, например в фильтрах выпрямителей переменного тока, для связи между низкочастотными цепями. При этом отрицательный элект­род конденсатора соединяют с отрицательным полюсом цепи, а положительный — с положительным полюсом ее. При несоблюдении полярности при включении электролитического конденсатора он может испортиться.

Номинальные емкости электролитических конденсаторов пишут на их корпу­сах. Фактическая емкость может быть значительно больше номинальной.

Важнейшей характеристикой любого конденсатора, кроме емкости, явля­ется также его номинальное напряжение, т. е. то напряжение, при котором конденсатор может длительное время работать. Это напряжение за­висит от свойств и толщины слоя диэлектрика конденсатора. Керамические, слюдяные, бумажные и металлобумажные конденсаторы различных типов рас­считаны на номинальные напряжения от 150 до 1000 В и более. Электролити­ческие конденсаторы выпускают на номинальные напряжения от нескольких вольт до 30—50 В и от 150 до 450 — 500 В. В связи с этим их подразделяют на две группы: низковольтные и высоковольтные. Конденсаторы первой группы используют в цепях со сравнительно небольшим напряжением, а конденсаторы второй группы — в цепях с высоким напряжением.

Подбирая конденсаторы для своих конструкций, всегда обращай внимание на их номинальные напряжения. В цепи с меньшим напряжением, чем номи­нальное, конденсаторы включать можно, но в цепи с напряжением, превышаю­щим номинальное, их включать нельзя. Если на обкладках конденсатора окажется напряжение, превышающее его номинальное напряжение, то диэлектрик пробьется. Пробитый конденсатор непригоден для работы.

Теперь о конденсаторах переменной емкости.

Устройство простейшего конденсатора переменной емкости ты видишь на рис.71. Одна его обкладка — статор — неподвижна. Вторая — ротор — скреп­лена с осью. При вращении оси площадь перекрытия обкладок, а вместе с нею и емкость конденсатора изменяются.

Конденсаторы переменной емкости, применяемые в настраиваемых колеба­тельных контурах, состоят из двух групп пластин (рис, 72, а), сделанных из листового алюминия или латуни. Пластины ротора соединены осью. Статорные пластины также соединены и изолированы от ротора. При вращении оси пластины статорной группы постепенно входят в воздушные зазоры между пластинами роторной группы, отчего емкость конденсатора плавно изменяется. Когда пластины ротора полностью выведены из зазоров между пластинами статора, емкость конденсатора наименьшая; ее называют начальной емкостью конденсатора. Когда роторные пластины полностью введены между пластинами статора, емкость конденсатора наибольшая.

Максимальная емкость конденсатора будет тем больше, чем больше в нем пластин и чем меньше расстояние между подвижными и неподвижными пласти­нами.

В конденсаторах, показанных на рис. 71 и 72 диэлектриком служит воздух. В малогабаритных же конденсаторах переменной емкости (рис. 72, б) роль диэлектрика могут выполнять бумага, пластмассовые пленки, керамика. Их называют конденсаторами переменной емкости с твердым диэлектри­ком. При меньших габаритах, чем конденсаторы с воздушным диэлектриком, они могут иметь значительные максимальные емкости. Именно такие конден­

саторы и применяют для настройки колебательных контуров малогабаритных транзисторных приемников.

Наиболее распространены конденсаторы переменной емкости, имеющие начальную емкость 12-15 пФ и наибольшую 240-490 пФ. Не исключено, что один из таких конденсаторов ты использовал для настройки твоего первого радиоприемника.

В приемниках с двумя настраивающимися колебательными контурами можно использовать блоки конденсаторов переменной емкости (рис. 73). В таком блоке два конденсатора, роторы которых имеют общую ось. При вращении оси одновременно изменяются емкости обоих конденсаторов. Одиночные конденса­торы и блоки конденсаторов переменной емкости требуют к себе бережного отношения. Даже незначительное искривление или иное повреждение пластин приводит к замыканию между ними. Исправление же пластин конденсатора — Дело сложное.

К числу конденсаторов с твердым диэлектриком относятся и подстро­енные конденсаторы, являющиеся разновидностью конденсаторов пере­менной емкости. Чаще всего такие конденсаторы используют для подстройки Контуров в резонанс, поэтому их называют подстроечными.

Конструкции наиболее распространенных подстроечных конденсаторов пока­заны на рис. 74. Каждый из них состоит из сравнительно массивного кера­мического основания и тонкого керамического диска. На поверхность основания

(под диском) и на диск нанесены в виде секторов металлические слой, явля­ющиеся обкладками конденсатора. При вращении диска вокруг оси изменяется площадь перекрытия секторов-обкладок, изменяется емкость конденсатора.

Емкость подстроечных конденсаторов указывается на их корпусах в виде дробного числа, где числитель — наименьшая, а знаменатель — наибольшая емкость данного конденсатора. Если, например, на конденсаторе указано 6/30, то это значит, что наименьшая его емкость б пФ, а наибольшая 30 пФ.

Подстроечные конденсаторы обычно имеют наименьшую емкость 5—8 пФ, а наибольшую до 100 — 150 пФ. Некоторые из них, например типа КПК-2, можно использовать в качестве конденсаторов переменной емкости для настрой­ки простых одноконтурных приемников.

Конденсаторы, как и резисторы, можно соединять параллельно или после­довательно. К соединению конденсаторов прибегают чаще всего в тех слу­чаях, когда под руками нет конденсатора нужного номинала, но имеются дру­гие, из которых можно составить необходимую емкость. Если соединить конденсаторы параллельно (рис. 75, а), то их общая емкость будет равна сумме емкостей всех соединенных конденсаторов, т. е.

Собщ = C1 + С2 + С3 и т. д.

Так, например, если С1 = 33 пФ и С2 = 47 пФ, то общая емкость будет: Собщ= 33 + 47 = 80 пФ.

При последовательном соединении конденсаторов (рис. 75, б) их общая емкость всегда меньше наименьшей емкости, включенной в цепочку. Она подсчитывается по формуле

С общ= С1*С2/(С1+С2).

Например, допустим, что C1 = 220 пФ, а С2 = 330 пФ; тогда Собщ= 220*330/(220 +330) = 130 пФ. Когда соединяют последовательно два кон­денсатора одинаковой емкости, их общая емкость будет меньше емкости каж­дого из них.

В. Г. Борисов. Юный Радиолюбитель