Die Kapazität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Kondensators, Ladungen zu speichern. Die Kapazität wird in Farad gemessen, benannt nach dem Ehrenmitglied der St. Petersburger Universität, dem englischen Physiker Michael Faraday.
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Was ist Kapazität?
Wenn Sie einen einzelnen elektrischen Leiter unendlich weit entfernen und den Einfluss geladener Körper aufeinander ausschließen, wird das Potenzial des entfernten Leiters proportional zur Ladung. Bei unterschiedlich großen Leitern stimmen die Potentiale jedoch nicht überein.
Die SI-Einheit der Kapazität eines Kondensators ist Farad. Der Proportionalitätsfaktor wird mit dem Buchstaben C bezeichnet - dies ist die Kapazität, die von der Größe und äußeren Struktur des Leiters beeinflusst wird. Das Material, der Phasenzustand der Substanz der Elektrode spielt keine Rolle - die Ladungen verteilen sich auf der Oberfläche. Daher wird die Kapazität in den internationalen CGS-Regeln nicht in Farad, sondern in Zentimetern gemessen.
Eine einsame Kugel mit einem Radius von 9 Millionen km (1400 Erdradien) enthält 1 Farad.Ein separates leitfähiges Element hält Ladungen in unzureichender Menge für den Einsatz in der Technik. Technologie des 21. Jahrhunderts Kapazität von Kondensatoren mit Maßeinheiten über 1 Farad entsteht.
Eine Struktur aus mindestens 2 Elektroden und einem trennenden Dielektrikum ist in der Lage, die für den Betrieb elektronischer Schaltungen erforderliche Strommenge zu speichern. Bei einem solchen Design ziehen sich positive und negative Teilchen gegenseitig an und halten sich fest. Das Dielektrikum zwischen dem Elektron-Positron-Paar lässt keine Vernichtung zu. Dieser Ladezustand wird gebunden genannt.
Früher wurden zur Messung elektrischer Größen sperrige und nicht sehr genaue Geräte verwendet. Jetzt weiß sogar ein unerfahrener Funkamateur, wie man die Kapazität mit einem Tester misst.
Kondensatormarkierungen
Für einen genauen und sicheren Betrieb ist es erforderlich, die Eigenschaften elektronischer Geräte zu kennen.
Die Bestimmung der Kapazität eines Kondensators umfasst das Messen des Wertes mit Instrumenten und das Ablesen der Markierungen auf dem Gehäuse. Die angezeigten Werte und die bei Messungen erhaltenen weichen voneinander ab. Dies liegt an der Unvollkommenheit der Produktionstechnologien und der Betriebsvariation der Parameter (Verschleiß, Temperatureffekte).
Die Nennkapazität und die Toleranzparameter sind auf dem Gehäuse angegeben. In Haushaltsgeräten werden Geräte mit einer Abweichung von bis zu 20 % verwendet. In der Raumfahrtindustrie, der militärischen Ausrüstung und der Automatisierung gefährlicher Objekte ist eine Merkmalsstreuung von 5-10% zulässig. Arbeitsdiagramme enthalten keine Toleranzwerte.
Die Nennkapazität ist nach IEC-Normen codiert - der International Electrotechnical Commission, die nationale Organisationen nach den Normen von 60 Ländern zusammenführt.
Die IEC-Norm verwendet die Notation:
- 3-stellige Codierung. 2 Zeichen am Anfang - die Anzahl der pF, das dritte - die Anzahl der Nullen, 9 am Ende - der Wert ist kleiner als 10 pF, 0 davor - nicht mehr als 1 pF. Code 689 - 6,8 pF, 152 - 1500 pF, 333 - 33000 pF oder 33 nF oder 0,033 uF. Zur besseren Lesbarkeit wird der Dezimalpunkt im Code durch den Buchstaben „R“ ersetzt. R8 \u003d 0,8 pF, 2R5 - 2,5 pF.
- 4 Ziffern in der Kennzeichnung. Die letzte ist die Anzahl der Nullen. 3 zuerst - Wert in pF. 3353 - 335000 pF, 335 nF oder 0,335 uF.
- Verwenden von Buchstaben im Code. Der Buchstabe µ ist uF, n ist Nanofarad, p ist pF. 34p5 - 34,5 pF, 1 µ5 - 1,5 µF.
- Glider-Keramikprodukte sind mit den Buchstaben A-Z in 2 Registern und einer Zahl codiert, die die Leistung von 10 angibt. K3 - 2400 pF.
- Elektrolytische SMD-Geräte sind auf zwei Arten gekennzeichnet: Zahlen - Nennkapazität in pF und neben oder in 2 Zeilen, wenn Platz vorhanden ist - der Wert der Nennspannung; der Buchstabe, der die Spannung codiert, und neben 3 Ziffern bestimmen 2 die Kapazität und die letzte - die Anzahl der Nullen. A205 bedeutet 10V und 2uF.
- Oberflächenmontierte Produkte sind mit einem Code aus Buchstaben und Zahlen gekennzeichnet: CA7 - 10 uF und 16 V.
- Kodierungen - Körperfarbe.
IEC-Markierungen, nationale Bezeichnungen und Markencodes machen das Auswendiglernen von Codes bedeutungslos. Hardware-Designer und -Reparateure benötigen Referenzquellen.
Formelberechnung
Die Berechnung der Nennkapazität des Elements ist in 2 Fällen erforderlich:
- Konstrukteure elektronischer Geräte berechnen den Parameter beim Erstellen von Schaltkreisen.
- Meister, die keine Kondensatoren mit geeigneter Leistung und Kapazität haben, verwenden die Berechnung des Elements, um aus den verfügbaren Teilen auszuwählen.
RC-Kreise werden mit dem Impedanzwert berechnet - komplexer Widerstand (Z). Ra ist der Stromverlust zum Aufheizen der Schaltungsteilnehmer. Ri und Re - berücksichtigen den Einfluss der Induktivität und Kapazität der Elemente. An den Anschlüssen des Widerstands im RC-Kreis ist die Spannung Ur umgekehrt proportional zu Z.
Thermischer Widerstand erhöht das Potential an der Last und reaktiv reduziert es. Der Betrieb des Kondensators bei Frequenzen oberhalb der Resonanz, wenn die reaktive Komponente des komplexen Widerstands ansteigt, führt zu Spannungsverlusten.
Die Resonanzfrequenz ist umgekehrt proportional zur Fähigkeit, Ladung zu speichern. Aus der Formel zur Bestimmung von Fp wird berechnet, welche Werte von Sk (Kondensatorkapazität) für den Betrieb der Schaltung erforderlich sind.
Zur Berechnung von Impulsschaltungen wird die Schaltungszeitkonstante verwendet, die den Einfluss von RC auf die Impulsstruktur bestimmt. Wenn der Schaltungswiderstand und die Ladezeit des Kondensators bekannt sind, wird die Kapazität mit der Zeitkonstantenformel berechnet. Die Wahrheit des Ergebnisses wird durch den menschlichen Faktor beeinflusst.
Master verwenden Parallel- und Reihenschaltungen von Kondensatoren. Die Berechnungsformeln sind umgekehrt zu den Formeln für Widerstände.
Eine Reihenschaltung verkleinert die Kapazität bei der Verbindung von Elementen, eine Parallelschaltung summiert die Werte.
Wie misst man die Kapazität eines Kondensators mit einem Multimeter?
Beim Messen von Parametern wird der Kondensator vorläufig entladen, indem die Leitungen mit einem Schraubendreher mit Isolierung am Griff geschlossen werden. Andernfalls fällt das Low-Power-Multimeter aus.
Die Antwort auf die Frage, wie die Kapazität eines Kondensators mit einem Multimeter im Modus "Cx" überprüft werden kann, lautet wie folgt:
- Schalten Sie den "Cx" -Modus ein und wählen Sie die Messgrenze - 2000 pF - 20 μF in einem Standardgerät;
- Stecken Sie den Kondensator in die Buchsen im Gerät oder befestigen Sie die Sonden an den Anschlüssen des Kondensators und sehen Sie sich den Wert auf der Skala des Geräts an.
Ein Amperovoltmeter oder Multimeter bestimmt das Vorhandensein eines Kurzschlusses oder einer Unterbrechung im Inneren des Gehäuses.
In der Schaltung des Geräts ist ein Polarkondensator enthalten, der die Stromrichtung berücksichtigt. Hersteller kennzeichnen die Elektroden des Produkts. Ein Kondensator, der für eine Spannung von 1-3 V ausgelegt ist, fällt aus, wenn der Rückstrom höher als normal ist.
Vor der Kennlinienmessung wird der polare Elko von der Platine abgelötet. Schalten Sie das Multimeter ein, um den Widerstand zu messen oder Halbleiter zu testen. Bringen Sie die Sonden an den Elektroden des Polarkondensators an - Plus an Plus, Minus an Minus. Eine gute Kapazität zeigt einen gleichmäßigen Widerstandsanstieg. Wenn der Ladestrom abnimmt, steigt die EMF und erreicht die Spannung der Stromquelle.
Eine Unterbrechung im Kondensator sieht auf dem Multimeter wie ein unendlicher Widerstand aus. Das Gerät reagiert nicht oder der Zeiger auf der analogen Kopie bewegt sich kaum.
Wenn das Element durchbricht, entspricht der gemessene Parameter proportional zum Durchschlagswert nicht dem Nennwert in der unteren Richtung.
Wenn Sie sich fragen, wie Sie den komplexen oder äquivalenten Serienwiderstand (ESR eines Kondensators) mit einem Multimeter messen können, dann ist es problematisch, dies ohne Vorzeichen zu tun. Der Kondensator weist bei hochfrequentem Strom reaktive Eigenschaften auf.
Andere Messmethoden
Das Do-it-yourself-Kondensatorkapazitätsmessgerät wird nach den Schemata von Impulsgeräten zusammengebaut. Sequenzen von RC-Schaltungen mit variablen Widerständen erzeugen eine Reihe von Signalen am Ausgang des Produkts mit einer sprunghaften Änderung der Frequenz. Verwenden Sie zum Einrichten des Geräts ein Multimeter, mit dem das Präfix verwendet wird.
Ein Satz getesteter Kondensatoren wird wiederum mit der Struktur verbunden, und die Betriebsgenauigkeit wird in jedem Unterbereich eingestellt.
Ein Do-it-yourself-Kapazitätsmessgerät für polare Elektrolysezellen ist schematisch als Teil eines Präfixes ohne Schwingkreis implementiert und konfiguriert. Am Ausgang liegt statt einer gepulsten Spannung eine konstante Spannung an.
Bei digitalen Kapazitätsmessgeräten ist die Stromversorgung sehr stabil. "Schwimmende" Parameter der Elemente, aus denen die Schaltung zusammengesetzt ist, ergeben einen Fehler, der für die Messgenauigkeit nicht akzeptabel ist.
An logischen Elementen werden gepulste Wechselstromquellen zur Messung des ESR erzeugt.
Fingergroß sind preiswerte Kondensator-Kapazitätsmessgeräte wie RLC-Brückengeräte mit zusätzlicher SMD-Widerstandsprüffunktion, Netzladung und LCD-Display. Sie erfüllen die Funktionen eines professionellen messtechnischen Komplexes. Kann als Kapazitätsmessgerät für Elektrolytkondensatoren fungieren, sowohl polar als auch variabel.
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