Электроника? Это не трудно. Конденсаторы

Начинающие электронщики представляют себе, что электрический ток течет по проводу, как вода по трубе. Они не совсем не правы: подобие — хотя и весьма отдаленное — между этими явлениями существует. Но если это так, то можно ли электрический ток задержать, хранить? Так, как, например, воду? Ведь можно стакан наполнить водой, вытекающей из крана, и оставить на потом? Да, можно. В электронике функцию емкостей электричества выполняют конденсаторы.

Конденсаторы применяют в электронных схемах так же часто, как резисторы. И так же как резисторы, конденсаторы очень разные.

Емкости их тоже разные: с очень малых (если оставить сравнение с водой, их можно назвать наперстками) до очень больших (соответствующих бассейнам или озерам). Определенной, хотя и очень условной точкой раздела может быть емкость значением 1 мкФ (одна микрофарада = 1.10-6. Фарада = одна миллионная часть единицы емкости). Все конденсаторы малой емкости имеют разную конструкцию.

По примененному изоляционному материалу их можно подразделить на керамические, танталовые, фольговые, бумажные и другие. Однако конденсаторы емкостью более 1 мкФ — преимущественно электролитические конденсаторы (изготовленные методом электролиза). Они характеризуются большой емкостью и сравнительно небольшими размерами. Основное свойство таких конденсаторов — полярность: у них есть положительный и отрицательный полюса. Положительный присоединяется к точке системы, в которой напряжение выше, а отрицательный — к той, где оно ниже. Все другие конденсаторы (емкостью менее 1 мкФ) обычно можно присоединять к системе произвольным способом.

Емкость конденсатора — это его основной параметр (так же, как резистанс у резисторов). Второе свойство — рабочее напряжение. Превышение его значения (то есть присоединение конденсатора к точкам схемы с большим перепадом напряжения) чаще всего вызывает пробой конденсатора. В типовых электронных схемах любители чаще всего используют очень низкие напряжения питания (в несколько, в крайнем случае — более десяти вольт). Так что опасность пробоя конденсатора появляется не слишком часто. Ведь, например, в системе, питаемой батареей 4.5 В (обычная плоская батарея), не может быть напряжений выше, чем напряжение батареи питания, может быть только ниже. Единственное исключение составляет так называемый преобразователь напряжения — система, специально предназначенная для выработки высокого напряжения, выше, чем напряжение питания. При этом следует помнить, что применение в схеме конденсатора с рабочим напряжением выше, чем это указано на схеме (если в составе деталей) не является ошибкой. Без всяких опасений можно, например, использовать электролитический конденсатор 100 мкФ/25 В вместо 100 мкФ/16 В. Более того, у конденсатора с более высоким рабочим напряжением в системе будут очень хорошие, мягкие условия работы. Избегнув перегрузки, он хорошо работает много лет. Но чаще всего он несколько больше по размерам, что для миниустройств имеет существенное значение.

Помимо того, что по своему исполнению конденсаторы очень разнородны, графический символ (используемый для вычерчивания схем) у них всегда один и тот же.

На практике бывают небольшие различия, особенно если схемы зарубежные. Но если вы увидите на рисунке две черточки рядом, знайте, что этот элемент есть конденсатор. Иногда вблизи его электродов (черточек) можно увидеть знак «+». Нетрудно догадаться: он указывает на положительный электрод электролитического конденсатора.

Что такое емкость сосуда или резервуара с водой, понятно каждому. Труднее представить себе электрическую емкость, то есть емкость конденсатора. Поэтому всем, у кого возникают сомнения, существует ли она, советуем самостоятельно провести следующий опыт. Поможет в этом следующий рисунок.

Схема составлена с помощью типовых условных графических символов (два из которых вы уже знаете). Рядом приведена вся схема так, как она выглядит в действительности. Подобную простую электронную схему без всяких затруднений составит даже начинающий электронщик. Соединять элементы по рисунку лучше всего пайкой. Комплектовка нужных элементов тоже не должна вызывать особых затруднений, поскольку они могут иметь известный разброс параметров, а именно:

• электролитический конденсатор 100-1000 мкФ/6 В (то есть может быть конденсатор с любым значением, содержащимся в пределах 100-1000 микрофарад; чаще всего встречаются значения 100, 220, 470 и 1000 мкФ, рабочее напряжение — 6 вольт и выше);
• резистор 470-1000 (от 470 до 1000 Ом; чаще всего встречаются значения 470, 560, 680, 820 и 1000, любая мощность);
• электролюминисцентный («светящийся») диод — любого типа;
• батарея 4.5 В (плоская, номинальное напряжение 4.5 вольта) или три любых элемента 1.5 В, соединенные последовательно.

Собирая схему, следует обратить внимание на полярность элементов. В случае батарей это просто: длинный вывод — минус, короткий — плюс. На электролитическом конденсаторе четко видно обозначение по крайней мере одного из полюсов (чаще всего отрицательного). Очевидно, что резистор включается любым способом: его выводы всегда одноименны. Диод же светится только тогда, когда к его аноду (так называется один из его электродов) приложено более высокое напряжение, чем к катоду (так называется второй электрод). Когда на диоде обозначений нет, правильное включение находят опытным путем. Если диод, присоединенный через резистор к полюсу батареи не горит, следует поменять местами его выводы.

Чтобы установить, есть ли определенная электрическая емкость электролитического конденсатора, следует дотронуться его положительным выводом до полюса батареи. Таким образом конденсатор заряжается определенным количеством электролитической энергии, которая поступает внутрь его. Если затем приложить тот же вывод к схеме резистор-диод, легко заметить, что он короткое время светиться. Именно энергия, хранимая внутри конденсатора, вызывает вспышку диода. Вспышка длится тем дольше, чем больше емкость конденсатора. Этот опыт можно несколько раз повторить, не причиняя никакого вреда элементам схемы. Кроме того, заинтересовавшиеся опытом могут заменить электролитический конденсатор другим — большей емкости, чтобы самим проверить, действительно ли время свечения диода связано с емкостью конденсатора.

Сделав этот простой, но очень интересный опыт, легко убедиться, что конденсатор — это сборник, в котором хранится определенное количество электроэнергии — тем больше, чем больше его емкость.

К.В.