Конденсатор емкостью 1 мкф зарядили до напряжения. Советские бумажные конденсаторы. Плавное выключение светодиода при помощи конденсатора
Маркировка конденсаторов
1. Маркировка тремя цифрами .
В этом случае первые две цифры определяют мантиссу, а последняя — показатель степени по основанию 10, для получения номинала в пикофарадах. Последняя цифра «9» обозначает показатель степени «-1». Если первая цифра «0», то емкость менее 1пФ (010 = 1.0пФ).
| код | пикофарады, пФ, pF | нанофарады, нФ, nF | микрофарады, мкФ, μF |
| 109 | 1.0 пФ | ||
| 159 | 1.5 пФ | ||
| 229 | 2.2 пФ | ||
| 339 | 3.3 пФ | ||
| 479 | 4.7 пФ | ||
| 689 | 6.8 пФ | ||
| 100 | 10 пФ | 0.01 нФ | |
| 150 | 15 пФ | 0.015 нФ | |
| 220 | 22 пФ | 0.022 нФ | |
| 330 | 33 пФ | 0.033 нФ | |
| 470 | 47 пФ | 0.047 нФ | |
| 680 | 68 пФ | 0.068 нФ | |
| 101 | 100 пФ | 0.1 нФ | |
| 151 | 150 пФ | 0.15 нФ | |
| 221 | 220 пФ | 0.22 нФ | |
| 331 | 330 пФ | 0.33 нФ | |
| 471 | 470 пФ | 0.47 нФ | |
| 681 | 680 пФ | 0.68 нФ | |
| 102 | 1000 пФ | 1 нФ | |
| 152 | 1500 пФ | 1.5 нФ | |
| 222 | 2200 пФ | 2.2 нФ | |
| 332 | 3300 пФ | 3.3 нФ | |
| 472 | 4700 пФ | 4.7 нФ | |
| 682 | 6800 пФ | 6.8 нФ | |
| 103 | 10000 пФ | 10 нФ | 0.01 мкФ |
| 153 | 15000 пФ | 15 нФ | 0.015 мкФ |
| 223 | 22000 пФ | 22 нФ | 0.022 мкФ |
| 333 | 33000 пФ | 33 нФ | 0.033 мкФ |
| 473 | 47000 пФ | 47 нФ | 0.047 мкФ |
| 683 | 68000 пФ | 68 нФ | 0.068 мкФ |
| 104 | 100000 пФ | 100 нФ | 0.1 мкФ |
| 154 | 150000 пФ | 150 нФ | 0.15 мкФ |
| 224 | 220000 пФ | 220 нФ | 0.22 мкФ |
| 334 | 330000 пФ | 330 нФ | 0.33 мкФ |
| 474 | 470000 пФ | 470 нФ | 0.47 мкФ |
| 684 | 680000 пФ | 680 нФ | 0.68 мкФ |
| 105 | 1000000 пФ | 1000 нФ | 1 мкФ |
2. Маркировка четырьмя цифрами .
Эта маркировка аналогична описанной выше, но в этом случае первые три цифры определяют мантиссу, а последняя — показатель степени по основанию 10, для получения емкости в пикофарадах. Например:
1622 = 162*10 2 пФ = 16200 пФ = 16.2 нФ .
3. Буквенно-цифровая маркировка .
При такой маркировке буква указывает на десятичную запятую и обозначение (мкФ, нФ, пФ), а цифры — на значение емкости:
15п = 15 пФ, 22p = 22 пФ, 2н2 = 2.2 нФ, 4n7 = 4,7 нФ, μ33 = 0.33 мкФ
Очень часто бывает трудно отличить русскую букву «п» от английской «n».
Иногда для обозначения десятичной точки используется буква R. Обычно так маркируют емкости в микрофарадах, но если перед буквой R стоит ноль, то это пикофарады, например:
0R5 = 0,5 пФ, R47 = 0,47 мкФ, 6R8 = 6,8 мкФ
4. Планарные керамические конденсаторы .
Керамические SMD конденсаторы обычно или вообще никак не маркируются кроме цвета (цветовую маркировку не знаю, если кто расскажет — буду рад, знаю только, что чем светлее — тем меньше емкость) или маркируются одной или двумя буквами и цифрой. Первая буква, если она есть обозначает производителя, вторая буква обозначает мантиссу в соответствии с приведенной ниже таблицей, цифра — показатель степени по основанию 10, для получения емкости в пикофарадах. Пример:
N1 /по таблице определяем мантиссу: N=3.3/ = 3.3*10 1 пФ = 33пФ
S3 /по таблице S=4.7/ = 4.7*10 3 пФ = 4700пФ = 4,7нФ
| маркировка | значение | маркировка | значение | маркировка | значение | маркировка | значение |
| A | 1.0 | J | 2.2 | S | 4.7 | a | 2.5 |
| B | 1.1 | K | 2.4 | T | 5.1 | b | 3.5 |
| C | 1.2 | L | 2.7 | U | 5.6 | d | 4.0 |
| D | 1.3 | M | 3.0 | V | 6.2 | e | 4.5 |
| E | 1.5 | N | 3.3 | W | 6.8 | f | 5.0 |
| F | 1.6 | P | 3.6 | X | 7.5 | m | 6.0 |
| G | 1.8 | Q | 3.9 | Y | 8.2 | n | 7.0 |
| H | 2.0 | R | 4.3 | Z | 9.1 | t | 8.0 |
5. Планарные электролитические конденсаторы .
Электролитические SMD конденсаторы маркируются двумя способами:
1) Емкостью в микрофарадах и рабочим напряжением, например: 10 6.3V = 10мкФ на 6,3В.
2) Буква и три цифры, при этом буква указывает на рабочее напряжение в соответствии с приведенной ниже таблицей, первые две цифры определяют мантиссу, последняя цифра — показатель степени по основанию 10, для получения емкости в пикофарадах. Полоска на таких конденсаторах указывает положительный вывод. Пример:
По таблице «A» — напряжение 10В, 105 — это 10*10 5 пФ = 1 мкФ, т.е. это конденсатор 1 мкФ на 10В
| буква | e | G | J | A | C | D | E | V | H (T для танталовых) |
| напряжение | 2,5 В | 4 В | 6,3 В | 10 В | 16 В | 20 В | 25 В | 35 В | 50 В |
Кодовая маркировка, дополнение
В соответствии со стандартами IEC на практике применяется четыре способа кодировки номинальной емкости.
А. Маркировка 3 цифрами
Первые две цифры указывают на значение емкости в пигофарадах (пф), последняя — количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть «9». При емкостях меньше 1.0 пФ первая цифра «0». Буква R используется в качестве десятичной запятой. Например, код 010 равен 1.0 пФ, код 0R5 — 0.5 пф.
| Код | Емкость [пФ] | Емкость [нФ] | Емкость [мкФ] |
| 109 | 1,0 | 0,001 | 0,000001 |
| 159 | 1,5 | 0,0015 | 0,000001 |
| 229 | 2,2 | 0,0022 | 0,000001 |
| 339 | 3,3 | 0,0033 | 0,000001 |
| 479 | 4,7 | 0,0047 | 0,000001 |
| 689 | 6,8 | 0,0068 | 0,000001 |
| 100* | 10 | 0,01 | 0,00001 |
| 150 | 15 | 0,015 | 0,000015 |
| 220 | 22 | 0,022 | 0,000022 |
| 330 | 33 | 0,033 | 0,000033 |
| 470 | 47 | 0,047 | 0,000047 |
| 680 | 68 | 0,068 | 0,000068 |
| 101 | 100 | 0,1 | 0,0001 |
| 151 | 150 | 0,15 | 0,00015 |
| 221 | 220 | 0,22 | 0,00022 |
| 331 | 330 | 0,33 | 0,00033 |
| 471 | 470 | 0,47 | 0,00047 |
| 681 | 680 | 0,68 | 0,00068 |
| 102 | 1000 | 1,0 | 0,001 |
| 152 | 1500 | 1,5 | 0,0015 |
| 222 | 2200 | 2,2 | 0,0022 |
| 332 | 3300 | 3,3 | 0,0033 |
| 472 | 4700 | 4,7 | 0,0047 |
| 682 | 6800 | 6,8 | 0,0068 |
| 103 | 10000 | 10 | 0,01 |
| 153 | 15000 | 15 | 0,015 |
| 223 | 22000 | 22 | 0,022 |
| 333 | 33000 | 33 | 0,033 |
| 473 | 47000 | 47 | 0,047 |
| 683 | 68000 | 68 | 0,068 |
| 104 | 100000 | 100 | 0,1 |
| 154 | 150000 | 150 | 0,15 |
| 224 | 220000 | 220 | 0,22 |
| 334 | 330000 | 330 | 0,33 |
| 474 | 470000 | 470 | 0,47 |
| 684 | 680000 | 680 | 0,68 |
| 105 | 1000000 | 1000 | 1,0 |
* Иногда последний ноль не указывают.
В. Маркировка 4 цифрами
Возможны варианты кодирования 4-значным числом. Но и в этом случае последняя цифра указывает количество нулей, а первые три — емкость в пикофарадах.
| Код | Емкость[пФ] | Емкость[нФ] | Емкость[мкФ] |
| 1622 | 16200 | 16,2 | 0,0162 |
| 4753 | 475000 | 475 | 0,475 |
Рис. 6
С. Маркировка емкости в микрофарадах
Вместо десятичной точки может ставиться буква R.
| Код | Емкость [мкФ] |
| R1 | 0,1 |
| R47 | 0,47 |
| 1 | 1,0 |
| 4R7 | 4,7 |
| 10 | 10 |
| 100 | 100 |
D. Смешанная буквенно-цифровая маркировка емкости, допуска, ТКЕ, рабочего напряжения
В отличие от первых трех параметров, которые маркируются в соответствии со стандартами, рабочее напряжение у разных фирм имеет различную буквенно-цифровую маркировку.
Кодовая маркировка электролетических конденсаторов для поверхностного монтажа
Приведенные ниже принципы кодовой маркировки применяются такими известными фирмами, как «Panasonic», «Hitachi» и др. Различают три основных способа кодирования
А. Маркировка 2 или 3 символами
Код содержит два или три знака (буквы или цифры), обозначающие рабочее напряжение и номинальную емкость. Причем буквы обозначают напряжение и емкость, а цифра указывает множитель. В случае двухзначного обозначения не указывается код рабочего напряжения.
| Код | Емкость [мкФ] | Напряжение [В] |
| А6 | 1,0 | 16/35 |
| А7 | 10 | 4 |
| АА7 | 10 | 10 |
| АЕ7 | 15 | 10 |
| AJ6 | 2,2 | 10 |
| AJ7 | 22 | 10 |
| AN6 | 3,3 | 10 |
| AN7 | 33 | 10 |
| AS6 | 4,7 | 10 |
| AW6 | 6,8 | 10 |
| СА7 | 10 | 16 |
| СЕ6 | 1,5 | 16 |
| СЕ7 | 15 | 16 |
| CJ6 | 2,2 | 16 |
| CN6 | 3,3 | 16 |
| CS6 | 4,7 | 16 |
| CW6 | 6,8 | 16 |
| DA6 | 1,0 | 20 |
| DA7 | 10 | 20 |
| DE6 | 1,5 | 20 |
| DJ6 | 2,2 | 20 |
| DN6 | 3,3 | 20 |
| DS6 | 4,7 | 20 |
| DW6 | 6,8 | 20 |
| Е6 | 1,5 | 10/25 |
| ЕА6 | 1,0 | 25 |
| ЕЕ6 | 1,5 | 25 |
| EJ6 | 2,2 | 25 |
| EN6 | 3,3 | 25 |
| ES6 | 4,7 | 25 |
| EW5 | 0,68 | 25 |
| GA7 | 10 | 4 |
| GE7 | 15 | 4 |
| GJ7 | 22 | 4 |
| GN7 | 33 | 4 |
| GS6 | 4,7 | 4 |
| GS7 | 47 | 4 |
| GW6 | 6,8 | 4 |
| GW7 | 68 | 4 |
| J6 | 2,2 | 6,3/7/20 |
| JA7 | 10 | 6,3/7 |
| JE7 | 15 | 6,3/7 |
| JJ7 | 22 | 6,3/7 |
| JN6 | 3,3 | 6,3/7 |
| JN7 | 33 | 6,3/7 |
| JS6 | 4,7 | 6,3/7 |
| JS7 | 47 | 6,3/7 |
| JW6 | 6,8 | 6,3/7 |
| N5 | 0,33 | 35 |
| N6 | 3,3 | 4/16 |
| S5 | 0,47 | 25/35 |
| VA6 | 1,0 | 35 |
| VE6 | 1,5 | 35 |
| VJ6 | 2,2 | 35 |
| VN6 | 3,3 | 35 |
| VS5 | 0,47 | 35 |
| VW5 | 0,68 | 35 |
| W5 | 0,68 | 20/35 |
В. Маркировка 4 символами
Код содержит четыре знака (буквы и цифры), обозначающие емкость и рабочее напряжение. Буква, стоящая вначале, обозначает рабочее напряжение, последующие знаки — номинальную емкость в пикофарадах (пФ), а последняя цифра — количество нулей. Возможны 2 варианта кодировки емкости: а) первые две цифры указывают номинал в пикофарадах, третья — количество нулей; б) емкость указывают в микрофарадах, знак m выполняет функцию десятичной запятой. Ниже приведены примеры маркировки конденсаторов емкостью 4.7 мкФ и рабочим напряжением 10 В.
С. Маркировка в две строки
Если величина корпуса позволяет, то код располагается в две строки: на верхней строке указывается номинал емкости, на второй строке — рабочее напряжение. Емкость может указываться непосредственно в микрофарадах (мкФ) или в пикофарадах (пф) с указанием количества нулей (см. способ В). Например, первая строка — 15, вторая строка — 35V — означает, что конденсатор имеет емкость 15 мкФ и рабочее напряжение 35 В.
Маркировка пленочных конденсаторов для поверхностного монтажа фирмы «HITACHI»
Некоторые конденсаторы и правда имеют на боку маркировку , однозначно определяющую их емкость. Обычно так делают для больших алюминиевых электролитических конденсаторов - их размер позволяет печатать на корпусе как емкость, так и максимальное рабочее напряжение.
Однако более мелкие конденсаторы, такие как слюдяные дисковые конденсаторы с емкостями 0,1 или 0,01 мкФ, имеют только маркировку из трех цифр, обозначающую емкость и допуск номинала. Большинство радиолюбителей не имеют проблем с расшифровкой системы обозначения емкостей.
Но есть одно "но" (это вредное "но" есть почти всегда). Эта система счисления основывается на пикофарадах, а не на микрофарадах. Впрочем, в остальном она совпадает с маркировкой на резисторах. Так, число 103, написанное на конденсаторе, обозначает, что после двух первых цифр, 10, следует дописать 3 нуля, что дает 10 000 пикофарад.
Как правило, любое значение свыше 1000 пикофарад измеряется в микрофарадах. Чтобы преобразовать емкость из пикофарад в микрофарады, нужно просто сдвинуть десятичную точку на 6 разрядов влево. Таким образом, емкость конденсатора из предыдущего абзаца (10 000 пикофарад), записанная в микрофарадах, равняется 0,01 мкФ. Используя табл. 4.3, приведем удобный список основных типов маркировки на конденсаторах , подчиняющихся данной системе.
В другой, несколько реже используемой системе маркировки, применяются как цифры, так и буквы, например: 4R3 Расположение буквы R указывает позицию десятичной точки, разделяющей целую и дробную части, т.е. запись 4R3 обозначает на самом деле 4,3. Единицы измерения в этой системе записи не указываются, так что данная маркировка может стоять и на конденсаторе 4,3 пФ, и на конденсаторе 4,3 мкФ.
Емкость конденсатора можно измерить либо специальным прибором, либо простым мультиметром с емкостным входом. В большинстве мультиметров этот вход сделан таким образом, что конденсатор необходимо всунуть прямо в отверстия на приборе, чтобы исключить емкость проводов. Это позволяет получать более точные измерения. Более подробно о тестировании конденсаторов вы сможете узнать в главе 9.
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!
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:
С 1 – ёмкость первого;
С 2 – ёмкость второго;
С 3 – ёмкость третьего;
С N – ёмкость N -ого конденсатора;
C общ – 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 C 1 , C 2 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 .
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 C 1 – 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.).
Что ещё необходимо знать, чтобы правильно соединять конденсаторы?
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.
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. То есть если в схему нужно установить конденсатор с номинальным напряжением на 35 вольт и ёмкостью, например, 200 микрофарад, то взамен его можно параллельно соединить два конденсатора на 100 микрофарад и 35 вольт. 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:)
Тем же, кто не на шутку увлёкся электроникой непременно надо знать, как правильно соединять резисторы и рассчитывать их общее сопротивление!
Цель работы
Целью данной работы является изучение законов электростатики и одного из методов измерения емкости конденсатора.
Краткая теория
Конденсатором называется система, состоящая из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, в которой обеспечивается сильная электрическая связь между накопленными на этих проводниках зарядами. Проводники, образующие конденсатор, называются обкладками. В зависимости от формы обкладок конденсаторы бывают сферические, цилиндрические, плоские. За заряд конденсатора принимается заряд одной обкладки, взятый по абсолютной величине.
Емкостью конденсатора называется скалярная физическая величина, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд и численно равная заряду, который должен быть перенесен с одной обкладки конденсатора на другую, чтобы разность потенциалов между ними изменилась на единицу.
Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его обкладок, диэлектрической проницаемости материала диэлектрика и не зависит от свойств проводников, из которых изготовлены обкладки. Единицей измерения электрической емкости в системе СИ является фарад (Ф = Кл/В).
Емкость конденсатора может быть измерена различными методами. В данной работе использован метод, основанный на измерении накопленного конденсатором заряда. При этом емкость рассчитывается в соответствии с определением (2.03.1).
Д
ля
определения емкости неизвестного
конденсатораC
x
собирают цепь по рис. 5.
При подключении к источнику питания конденсатор заряжается. Заряд, накапливаемый на обкладках конденсатора, при неизменном значении разности потенциалов пропорционален его емкости. В стационарном состоянии разность потенциалов равна ЭДС источника E .
.(2.03.2)
При разрядке конденсатора в цепи протекает убывающий во времени электрический ток. По определению, сила тока
. (2.03.3)
Нас интересует
заряд Q
,
т. е. необходимо вычислить
.
Для этого служит электронное устройство, называемое интегратором.
При подключении заряженного конденсатора к интегратору, который в свою очередь подключен к вольтметру, в цепи интегратора протекает ток. Напряжение на выходе интегратора пропорционально интегралу от силы тока на его входе, т. е. заряду:
где b – постоянная интегратора (она неизвестна).
Напряжение U x измеряется цифровым вольтметром. Сопоставляя формулы (2.03.2) и (2.03.4), получаем:
. (2.03.5)
В полученном выражении постоянная интегратора b и разность потенциалов на конденсаторе E являются неизвестными. Поэтому только на основании (2.03.5) определить C x оказывается невозможным. Для того, чтобы избежать определения величин b и Е , в данной работе применяется хорошо известный метод калибровки. Включим вместо конденсатора C x конденсатор с известной емкостью C 1 и проведем аналогичные измерения. При этом на выходе интегратора получим отсчет U 1 и по аналогии с (2.03.5) запишем:
.
(2.03.6)
Разделив друг на друга равенства (2.03.5) и (2.03.6), получим
, (2.03.7)
где U x и U 1 – показания вольтметра при разряде неизвестного и известного конденсаторов соответственно (максимальные значения показаний на индикаторном табло вольтметра); C 1 емкость известного конденсатора.
Выполнение работы
Необходимые приборы : конденсатор с известной емкостью (С 1 = 4700 пФ ± 10 %); конденсатор с неизвестной емкостью C x , которая определяется в данной работе; источник постоянного тока с эдс E ; переключатель; интегратор; цифровой вольтметр. Все элементы схемы, кроме вольтметра, смонтированы внутри лабораторного стенда.
Схема экспериментальной установки для определения емкости конденсатора показана на рис. 6 и на панели лабораторного стенда.
Порядок выполнения работы
Таблица 3.1
Результаты измерений
|
Номер опыта |
Неизвестная емкость C x |
Известная емкость C 1 |
Параллельное соединение |
Последовательное соединение |
||||
|
U x , |
U x , |
U 1 , |
U 1 , |
U пар , |
U пар , В |
U пос , |
U пос , |
|
|
значения |
|
|
|
|
|
|
|
|
=
=
=
=
=
=
=
=Определяются средние значения показаний вольтметра U x , U 1 , U пар , U пос . По этим средним значениям вычисляются опытные значения величин емкостей.
; (2.03.8)
;
(2.03.9)
.
(2.03.10)
Теоретическое значение емкости параллельного cоединения конденсаторов вычисляется следующим образом:
. (2.03.11)
Емкость последовательного соединения конденсаторов рассчитывается по следующей формуле:
, (2.03.12)
из которой следует расчетная формула для вычисления емкости последовательного соединения конденсаторов:
. (2.03.13)
Используя
значение
,
рассчитанное по формуле (2.03.8), вычислите
по формулам (2.03.12) и (2.03.13) значения
емкостей параллельного и последовательного
соединений конденсаторов. Результат
расчетов сравните с экспериментальными
значениями, определенными по формулам
(2.03.9) и (2.03.10).
Вычисление погрешностей
Средние относительные погрешности емкостей вычисляются по формулам:
; (2.03.14)
; (2.03.15)
.
(2.03.16)
Средние абсолютные погрешности емкостей:
; (2.03.17)
;
(2.03.18)
Окончательные результаты измерения емкостей конденсаторов записывается в виде:
; (2.03.20)
;
(2.03.21)
. (2.03.22)
Сравните значения емкостей параллельного и последовательного соединений конденсаторов, полученные опытным путем, и рассчитанные по теоретическим формулам (2.03.11) и (2.03.13). Если разница между теоретическими и опытными значениями емкостей параллельного и последовательного соединения конденсаторов не превышает соответствующей абсолютной погрешности, можно считать, что данный метод удовлетворительно обеспечивает проведение измерений емкостей.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Дайте определение емкости конденсатора.
Объясните по схеме цепи назначение используемых приборов.
Подробно объясните принцип определения емкости в данной работе.
Выведите расчетные формулы для определения емкостей C x , C пар , C пос .
Каковы единицы измерения емкости?
Изобразите схемы параллельного и последовательного соединений конденсаторов. Запишите формулы для результирующих емкостей.
Выведите формулы для расчета погрешностей C x , C пар , C пос .
Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. М.: Высшая школа, 1983. 51 – 54 с.
Калашников С. Г. Электричество. М.: Наука, 1970. 77 – 91с.
Савельев И. В . Курс общей физики. Т 2. М.: Наука, 1982. 87 – 89 с.
Физический практикум . Электричество и оптика /Под ред. В. И. Ивероновой. М.: Наука, 1968. 815 с.
Конденсатор можно сравнить с небольшим аккумулятором, он умеет быстро накапливать и так же быстро ее отдавать. Основной параметр конденсатора – это его емкость (C) . Важным свойством конденсатора, является то, что он оказывает переменному току сопротивление, чем больше частота переменного тока, тем меньше сопротивление. Постоянный ток конденсатор не пропускает.
Как и , конденсаторы бывают постоянной емкости и переменной емкости. Применение конденсаторы находят в колебательных контурах, различных фильтрах, для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.
Основная единица измерения емкости – фарад (Ф) – это очень большая величина, которая на практике не применяется. В электронике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ) . 1 мкФ равен одной миллионной доле фарада, а 1 пФ – одной миллионной доле микрофарада.
Обозначение конденсатора на схеме
На электрических принципиальных схемах конденсатор отображается в виде двух параллельных линий символизирующих его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними. Возле обозначения конденсатора обычно указывают его номинальную емкость, а иногда его номинальное напряжение.
Номинальное напряжение – значение напряжения указанное на корпусе конденсатора, при котором гарантируется нормальная работа в течение всего срока службы конденсатора. Если напряжение в цепи будет превышать номинальное напряжение конденсатора, то он быстро выйдет из строя, может даже взорваться. Рекомендуется ставить конденсаторы с запасом по напряжению, например: в цепи напряжение 9 вольт – нужно ставить конденсатор с номинальным напряжением 16 вольт или больше.
Электролитические конденсаторы
Для работы в диапазоне звуковых частот, а так же для фильтрации выпрямленных напряжений питания, необходимы конденсаторы большой емкости. Называются такие конденсаторы – электролитическими. В отличие от других типов электролитические конденсаторы полярны, это значит, что их можно включать только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности, которая указана на корпусе конденсатора. Не выполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что часто сопровождается взрывом.
Температурный коэффициент емкости конденсатора (ТКЕ)
ТКЕ показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус. ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения на корпусе.
Маркировка конденсаторов
Емкость от 0 до 9999 пФ может быть указана без обозначения единицы измерения:
22 = 22p = 22П = 22пФ
Если емкость меньше 10пФ, то обозначение может быть таким:
1R5 = 1П5 = 1,5пФ
Так же конденсаторы маркируют в нанофарадах (нФ) , 1 нанофарад равен 1000пФ и микрофарадах (мкФ) :
10n = 10Н = 10нФ = 0,01мкФ = 10000пФ
Н18 = 0,18нФ = 180пФ
1n0 = 1Н0 = 1нФ = 1000пФ
330Н = 330n = М33 = m33 = 330нФ = 0,33мкФ = 330000пФ
100Н = 100n = М10 = m10 = 100нФ = 0,1мкФ = 100000пФ
1Н5 = 1n5 = 1,5нФ = 1500пФ
4n7 = 4Н7 = 0,0047мкФ = 4700пФ
6М8 = 6,8мкФ
Цифровая маркировка конденсаторов
Если код трехзначный, то первые две цифры обозначают значение, третья – количество нулей, результат в пикофарадах.
Например: код 104, к первым двум цифрам приписываем четыре нуля, получаем 100000пФ = 100нФ = 0,1мкФ.
Если код четырехзначный, то первые три цифры обозначают значение, четвертая – количество нулей, результат тоже в пикофарадах.
4722 = 47200пФ = 47,2нФ
Параллельное соединение конденсаторов
Емкость конденсаторов при параллельном соединении складывается.
Последовательное соединение конденсаторов
Общая емкость конденсаторов при последовательном соединении рассчитывается по формуле:
Если последовательно соединены два конденсатора:
Если последовательно соединены два одинаковых конденсатора, то общая емкость равна половине емкости одного из них.
