Конденсаторы, как и резисторы, наиболее распространённые компоненты в принципиальных схемах. Их основное назначение  –  распределённая по электрической  схеме  фильтрация  (сглаживание)  пульсаций  напряжений  питания,  а также использование как времязадающих элементов в генераторах и фильтрах.

Происхождение названия от  латинского  condensatio  –  накапливать. Это устройство  для  накопления  электрических  зарядов  и  энергии  электрического поля  W=C*U²/ 2, где  С  символ основной характеристики конденсатора  –  электрической  ёмкости  (ёмкости).  Этой  же  латинской  буквой  С  принято  обозначать конденсатор в электрических схемах.

Исторический  образ  конденсатора  –  две  параллельно  размещённые  металлические  пластины  (обкладки)  с  диэлектрической  прослойкой  (показан  на рисунке 1.18).

Чем  больше  поверхности  обкладок  и  меньше  расстояние  между  пластинами,  тем  выше  значение  ёмкости  конденсатора.  Диэлектрик,  расположенный между  пластинами  увеличивает  ёмкость.  В  качестве  диэлектрика  может  использоваться  бумага,  слюда,  полимерная  плёнка,  керамика  и  др.  Типовое  расчётное соотношение для ёмкости конденсатора выглядит так:

C = ɛ_0*ɛ_*S / d [пФ],  (1.6)

где  ɛ₀≈  8,85·10^-3 пФ/мм  диэлектрическая  проницаемость  вакуума  (диэлектрическая  постоянная),  ɛ  -  относительная  диэлектрическая  проницаемость использованного  диэлектрика,  S  –  площадь  обкладок  [мм²],  d  –  расстояние между обкладками (толщина диэлектрика) [мм] .

Значения  относительной  диэлектрической  проницаемости  для некоторых диэлектриков представлены в таблице 1.7.

Таблица  1.7 –  Значения относительной диэлектрической проницаемости для некоторых диэлектриков

Диэлектрик	ɛ
Вакуум	1
Тефлон	2,1
Бумага	2,1…3,5
Нейлон	3,2
Слюда	7,5
Керамика	10…20

На  принципиальных  электрических  схемах  конденсаторы  обозначаются графемой (показано на  рисунке 1.19 слева):

Примечание   –   В  некоторых случаях общепринятую в принципиальных схемах графему  заменяют  более  сложной  моделью  (показано  на  рисунке  1.19  справа).  Такая  замена обоснована  для  конденсаторов  с  диэлектриком  плохого  качества. 

Резистор  R_ут  на  схеме называется  сопротивлением  утечки  и  его  типовое  значение  можно  найти  в  документации.

Утечка  –  это явление перетекания заряда с одной  обкладки на другое через  не идеальный диэлектрик: если заряженный конденсатор отключить от нагрузок, то через некоторое время он разрядится. Время разряда зависит от качества диэлектрика: чем оно выше, тем дольше происходит саморазряд.

В настоящее время постоянные  конденсаторы имеют более сложные конструктивно-технологические решения. При этом конденсаторы различают:

• по типу диэлектрика: керамические, слюдяные, плёночные, электролитические и др.;
• по конструктивному решению: конденсаторы для монтажа в отверстия (выводные), для поверхностного монтажа (чип-конденсаторы);
• по  рабочему  напряжению,  габаритам,  температурному  коэффициенту ёмкости и др.

Конструктивные  разновидности  современных  конденсаторов,  применяемых в электрических цепях с напряжениями до нескольких сотен вольт (низкие напряжения) представлены на рисунке 1.20.

Наиболее широкое применение в настоящее время находят  керамическиеи электролитические конденсаторы. Они могут монтироваться в отверстия или предназначены для поверхностного монтажа.  Типовые сравнительные характеристики конденсаторов представлены в таблице 1.8.

Примечание   –   Следует  иметь  в  виду,  что  электролитические  конденсаторы  при подключению требуют соблюдения  полярности. Для этого на корпусе конденсатора рядом с одним из контактов проставлен знак + (анод) или другой отличительный символ.

Таблица  1.8 – Типовые характеристики современных конденсаторов

Основное, широко используемое в электротехнике соотношение, связанное с электрической ёмкостью:

Q = U_*С,     (1.7)

где Q – заряд, накопленный в конденсаторе (измеряется в кулонах), U – напряжение, до которого заряжен конденсатор.

На  практике  применяют  постоянные,  переменные  и  подстроечные  конденсаторы (представлены на рисунке 1.21).

Постоянными  принято называть конденсаторы, основной параметр которых  –  электрическая  ёмкость, должен поддерживаться неизменным. Любые отклонения от расчётных значений – нежелательная погрешность.

Переменный  и  подстроечный  конденсаторы имеют конструктивные особенности,  позволяющие  изменять  ёмкость  с  помощью  инструмента  или  вручную.

Постоянные конденсаторы

Основной  параметр  постоянного  конденсатора  –  номинальная  ёмкость, может  меняться  во  время  эксплуатации,  как  и  у  резистора,  под  воздействием различных  факторов.  Разница  заключается  в  том,  что  скрупулёзно  следить  за такими изменениями обычно не требуется: требования к точности конденсаторов  не  высоки. 

Так,  например,  используемые  в  качестве  фильтров  питания электролитические и керамические конденсаторы могут иметь допуск номинала ± 30% и более.

С максимальной точностью ± 1% изготавливаются некоторые  керамические  конденсаторы,  ёмкость  которых  ограничена  значением  100  нФ.  Они  используются  в  качестве  времязадающих  компонентов  при  создании  активных электрических фильтров или генераторов. Другие важные их отличия – высокая температурная стабильность и большая цена.

Следует  иметь  в  виду,  что  ёмкость  электролитических  конденсаторов может существенно меняться с изменением температуры и с течением времени они сильно деградируют (высыхают).

Конденсаторы выпускаются в соответствии с рядом  Е24, но часто  имеют более ограниченный набор номиналов, который задаётся в технических описаниях. 

Цветовая  маркировка  конденсаторов  похожа  на  аналогичную  для  резисторов,  однако  в  отличие  от  чип-резисторов,  чип-конденсаторы  обычно  не имеют маркировки!

Типовые расчётные соотношения

1. Выражение для накопленного в конденсаторе заряда

Q = C_*U      (1.8)

2. Последовательное соединение конденсаторов:

Cэ = C1_*C2/(C1+C2)     (1.9)

3. Параллельное соединение конденсаторов:

Cэ = C1+C2   (1.10)

4. Переходный процесс в RC-цепочке:

Переменные и подстроечные конденсаторы

Переменные  (регулирующие)  конденсаторы  предназначены  для  интенсивной  регулировки  так,  как  это  делалось  при  настройке  частоты  вещания  в старых  радиоприёмниках.  Это конденсаторы с воздушным диэлектриком сегодня используются редко.

Подстроечный конденсатор это переменный конденсатор малой ёмкости, который  обычно  используется  для  точной  настройки  режимов  работы  электрических схем. Обычно, подстроечный конденсатор используется однократно –  в ходе процедуры настройки, или изредка.

После манипуляций настройки  регулировочный  винт  контрится  (закрашивается),  чтобы  во  время  дальнейшей эксплуатации  изделия  его  положение  не  сдвинулось  от  случайных  механических воздействий (например, вибраций). Количество подстроек у таких конденсаторов лимитировано несколькими десятками полных поворотов.

Переменные  и  подстроечные  конденсаторы  в  современной  электронике применяются редко. Широко их используют только в радиотехнике. Внешний вид таких конденсаторов представлен на рисунке 1.22.

Средства измерений ёмкости конденсаторов

Colibri. Измеритель сопротивления, ёмкости, индуктивности.

Диапазоны основных режимов измерений мультиметра Colibri представлены в таблице 1.9.

Таблица  1.9 – Диапазоны основных режимов измерений мультиметра Colibri

Параметры	Значение	Погрешность измерения
Сопротивление	0,05 Ом … 9,9 МОм	0,5 %
Ёмкость	0,5 пФ … 4999 мкФ	1 %
Индуктивность	0,5 мкГн … 999 мГн	1 %

Измеритель RCL  (представлен на  рисунке  1.23) предназначен для измерения параметров чип-компонентов во впаянном их состоянии!

Профессиональный  прецизионный  измеритель AMM-3038

АММ-3038.  Профессиональный  прецизионный  измеритель  LCR  в настольном исполнении, измеряемые параметры  представлены  на рисунке  1.24 и в таблице 1.10.

Параметры		Диапазон измеряемых значений
Сопротивление	R	0,00001 Ом ... 99,9999 МОм
Проводимость	G	0,00001 мкСм ... 99,9999 См
Ёмкость	C	0,00001 пФ ... 9,99999 Ф
Индуктивность	L	0,00001 мкГн ... 99,9999 кГн
Добротность	Q	0,00001 ... 99999,9

Базовая погрешность измерения составляет ±0,05%.