Конденсатор имеет следующее схематическое изображение
Рассмотрим водопроводную модель конденсатора. Ранее мы говорили
о том, что ток может течь только в трубе, соединенной в
кольцо в замкнутой цепи. Но можно представить пустую емкость, в
которую можно заливать воду, пока емкость не заполнится. Это и есть
конденсатор емкость, в которую можно заливать заряд.
Для большей аналогии лучше представить себе водонапорную башню, в
модели - трубу бесконечной длины поставленную вертикально. Вода
насосом закачивается в эту трубу с нижнего торца и поднимается на
высоту. Чем больше воды закачали и чем выше она поднялась - тем
сильнее столб воды давит на днище и выше там давление. Так-то в эту
бесконечную трубу можно сколько угодно воды (электрического заряда)
закачать, но при этом противодавление столба воды будет расти. Если
качать заряд генератором напряжения, то когда противодавление
сравняется с давлением (напряжением), создаваемым генератором -
закачка остановится.
Если характеристикой резистора является сопротивление, то
электрической характеристикой конденсатора является емкость.
С=Q/U
Емкость говорит, сколько заряда можно в конденсатор закачать,
чтобы напряжение там поднялось до величины U. Можно сказать, что
емкость характеризует диаметр трубы. Чем же труба, тем быстрее
поднимается уровень воды при закачке и растет давление на дне
трубы. Давление же зависит только от высоты водяного столба, а не
от массы закачанной воды.
В электрических терминах, чем меньше емкость конденсатора, тем
быстрее растет напряжение при закачке туда заряда.
Напомню, что электрический ток I равен количеству протекающего
заряда Q в секунду. То есть I=Q/T, где T - время. Это все равно,
что поток воды исчисляемый кубометрами в секунду. Или килограммами
в сек, потом проверим по размерности)
Поэтому конденсатор с маленькой емкостью заполняется зарядом
быстро, а с большой емкостью - медленно.
Рассмотрим теперь электрические цепи с конденсатором.
Пусть конденсатор подключен к генератору напряжения.
"Главный инженер повернул рубильник" S1 и.. тыдыщ!!! Что
произошло?
Идеальный генератор напряжения имеет бесконечную мощность и может
выдавать бесконечный ток. Когда замкнули рубильник в нашу емкость
хлынуло бесконечное количество заряда в секунду и она мгновенно
заполнилась и напряжение на ней выросло до U.
Теперь рассмотрим более реальную цепь.
Это Вторая Главная Цепь в жизни инженера-электронщика (после
делителя напряжения)
RCцепочка.
RCцепочка.
RC -цепочки бывают интегрирующего и дифференцирующего типа.
RCцепочка интегрирующего типа.
Что произойдет в этой схеме, если замкнуть выключатель S1?
Конденсатор С исходно разряжен и напряжение на нем рано 0. Поэтому
ток в первый момент будет равен I=U/R. Затем конденсатор начнет
заряжаться, напряжение на нем увеличивается, и ток через резистор
начнет уменьшаться. I=(U-Uc)/R. Этот процесс будет продолжаться,
конденсатор будет заряжаться уменьшающимся током до напряжения
источника U. Напряжение на конденсаторе при этом будет расти по
экспоненте.
Вопрос: А если запитать такую цепочку от генератора тока, как
будет расти напряжение на конденсаторе?
Почему цепочка называется - интегрирующего типа?
Как выше было отмечено, ток в первый момент после подачи напряжение
будет равен I=U/R, так как конденсатор разряжен, и напряжение на
нем равно 0. И какое-то время, пока напряжение на конденсаторе Uc
мало по сравнению с U, ток будет оставаться почти постоянным. А при
заряде конденсатора постоянным током напряжение на нем растет
линейно.
Uc=Q/C, а мы помним, что ток это количество заряда в секунду, то
есть скорость протекания заряда. Другими словами, заряд это
интеграл от тока.
Q = I * dt = U/R * dt
то есть
Uc=1/RC * U * dt
Но все это близко к истине в начальный момент, пока напряжение на
конденсаторе мал.
На самом деле все сводится к тому, что конденсатор заряжается
постоянным током.
А постоянный ток выдает генератор тока. (См. вопрос выше)
Если источник напряжения выдает бесконечно большое напряжение и
сопротивление R также имеет бесконечно большую величину, то по
факту мы имеем уже идеальный генератор тока, и внешние цепи на
величину этого тока влияния не оказывают.
RCцепочка дифференцирующего типа.
Ну тут все то же самое, что в интегрирующей цепочке, только
наоборот.
Более подробно свойства RC цепей хорошо освещены в интернете.
Параллельное и последовательное соединение конденсаторов.
Так же как резисторы, конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно.
При параллельном соединении емкости складываются - ну это и
понятно, это как заполнять сообщающиеся сосуды, общий объем
получается равным сумме объемов. При последовательном же соединении
получится так, что конденсатор с маленькой емкостью заполнится
зарядом быстрее, чем конденсатор с большой емкостью. Напряжение на
маленьком конденсаторе быстро вырастет почти до напряжения
источника ( ну и остальные конденсаторы внесут свой вклад) , ток в
общей цепи уменьшится до нуля, и процесс заряда конденсаторов
прекратится. Таким образом емкость последовательно соединенных
конденсаторов получается меньше емкости самого маленького из
них.