как узнать на какое напряжение рассчитан конденсатор
Особенности конденсаторов
Конденсатор – один из самых важных элементов электрической цепи. Он накапливает внутри себя электрический заряд и передает его другим элементам электрической цепи. О том, что представляет собой конденсатор и как определить на нём напряжение, рассказывается ниже.
Что такое конденсатор
Конденсатор – это двухполюсное устройство, имеющее постоянное или переменное емкостное значение и малую проводимость. Это элемент цепи, служащий накопителем энергии, что формирует электрическое поле; пассивный электронный компонент любого подключения. Содержит в себе несколько металлических электродов или обкладок, между которыми находится диэлектрик. Может иметь пакетную, трубчатую, дисковую, литую секционированную и рулонную конструкцию.
Конденсатор имеет в плоскую или цилиндрическую форму. Плоское устройство состоит из относительно далеко расположенных друг от друга пластин, а цилиндрический – из нескольких полых коаксиальных проводящих цилиндров с радиусами r1 и r2 (основное условие – r1 > r2).
Термин из учебного пособия
Характеристики конденсаторов
Главной характеристикой прибора является емкость, то есть, количество энергии, которое он может накопить в виде электронов. Общее число зарядов на пластинах определяет величину емкости конденсатора.
Обратите внимание! Емкость зависит от площади обкладок и диэлектрической проницаемости материала. Чем больше площадь конденсаторных пластин, тем больше заряженных частиц могут поместиться на них и тем выше показатель емкости.
Из важнейших характеристик также можно назвать удельную емкость, плотность, номинальную силу заряда и полярность. Из дополнительных параметров можно указать количество фаз, метод установки конденсатора, рабочую температуру, активный электрический ток переменного или постоянного типа.
В электротехнике существуют также понятия негативных факторов, искажающих рабочие свойства колебательного контура. К ним относятся электрическое сопротивление и эквивалентная последовательная индуктивность. В качестве примера негативного критерия можно привести показатель, показывающий падение заряда после отключения электричества.
В чем измеряется напряжение конденсаторов
Напряжение отражается на корпусе оборудования и показывает то, при какой силе энергии оно работает. Измеряется напряжение конденсаторов в фарадах. Это единица, названная в честь Майкла Фарадея. Один фарад – это кулон, или заряд, прошедший через проводник за одну секунду при силе тока в один ампер. Как правило, фарады и кулоны не используются для измерения на практике, потому что чаще применяются дробные величины – микро-, нано- и пикофарады.
Измерение силы заряда двухполюсника
Что влияет на напряжение конденсаторов
Чтобы возник заряд, двухполюсник должен быть подключен к электрической цепи с постоянным током. Для этой цели может быть использован генератор, каждый из которых обладает внутренним сопротивлением. Во время короткого замыкания заряжается прибор, и между его обкладками появляется заряд. Поэтому на вольтаж конденсаторов влияет внутреннее сопротивление. Также, на него оказывают влияние температурные колебания – чем выше нагрев, тем ниже номинальный показатель напряжения.
Важно! На напряжение конденсаторов оказывает большое влияние ток утечки. Вопреки сложившемуся мнению, диэлектрик пропускает небольшое количество электротока, что приводит к потере начального заряда с течением времени, и напряжение в итоге незначительно падает.
Как вычислить напряжение и вольтаж
Чтобы определить мощность, напряжение и вольтаж двухполюсников, можно использовать мультиметр или специальную формулу для теоретических расчётов. Чтобы проверить мультиметром силу заряда и количество вольт, необходимо вставить щупы в измеряемое оборудование, переключить прибор на режим омметра, нажать на соответствующую клавишу проверки и получить запрашиваемый показатель.
Обратите внимание! Сила заряда при проверке быстро падает, поэтому правильной будет та цифра, которая появилась на индикаторе мультиметра в самом начале измерений.
Формулы измерения напряжения конденсаторов
Численный показатель напряжения равен электродвижущей силе. Также он определяется, как емкость, поделенная на величину заряда, исходя из формулы определения его величины. В соответствии с ещё одним правилом, напряжение равно току утечки, поделенному на изоляционное сопротивление.
В целом, конденсатор – это устройство для аккумулирования электрического заряда, состоящее из нескольких пластинчатых электродов, которые разделены с помощью диэлектриков. Устройство имеет электрод, измеряемый в фарадах. Один фарад равен одному кулону. На напряжение устройства влияет ток, показатели которого можно вычислить через описанные выше формулы.
Практические аспекты применения конденсаторов
Конденсаторы, как и все электрические компоненты, имеют ограничения, которые необходимо учитывать для надежности и правильной работы схемы.
Рабочее напряжение конденсатора
Рабочее напряжение: поскольку конденсаторы представляют собой не более чем два проводника, разделенных изолятором (диэлектриком), вы должны обратить внимание на максимально допустимое на нем напряжение. Если приложено слишком высокое напряжение, номинальное значение «пробоя» диэлектрического материала может быть превышено, что приведет к внутреннему короткому замыканию конденсатора.
Полярность конденсатора
Полярность: некоторые конденсаторы изготавливаются таким образом, что они могут выдерживать приложенное напряжение только одной полярности, но не другой. Это связано с их конструкцией: диэлектрик представляет собой микроскопически тонкий слой изоляции, нанесенный во время изготовления на одну из пластин с помощью постоянного напряжения. Они называются электролитическими конденсаторами, и их полярность четко обозначена.
Рисунок 1 – Полярность конденсатора
Изменение полярности напряжения на электролитическом конденсаторе может привести к разрушению этого сверхтонкого диэлектрического слоя, что приведет к разрушению устройства. Однако толщина этого диэлектрика позволяет получать чрезвычайно высокие значения емкости при относительно небольшом размере корпуса. По той же причине электролитические конденсаторы имеют тенденцию иметь низкое номинальное напряжение по сравнению с другими типами конструкций конденсаторов.
Эквивалентная схема конденсатора
Эквивалентная схема: поскольку пластины в конденсаторе имеют некоторое сопротивление, и поскольку ни один диэлектрик не является идеальным изолятором, не существует такой вещи, как «идеальный» конденсатор. В реальной жизни конденсатор имеет как последовательное сопротивление, так и параллельное сопротивление (сопротивление утечки), взаимодействующие с его чисто емкостными характеристиками:
Рисунок 2 – Эквивалентная схема конденсатора
К счастью, относительно легко изготовить конденсаторы с очень маленьким последовательным сопротивлением и очень высоким сопротивлением утечки!
Физические размеры конденсатора
Для большинства применений в электронике минимальный размер является целью для разработки компонентов. Чем меньшие по размеру компоненты можно изготовить, тем большая схема может быть встроена в меньший корпус, при этом, как правило, также уменьшается вес. В случае конденсаторов существуют два основных ограничивающих фактора для минимального размера устройства: рабочее напряжение и емкость. И эти два фактора, как правило, противоречат друг другу. Для любого конкретного выбранного диэлектрического материала единственный способ увеличить номинальное напряжение конденсатора – это увеличить толщину диэлектрика. Однако, как мы видели, это приводит к уменьшению емкости. Емкость можно восстановить, увеличив площадь пластины, но это делает компонент больше. Вот почему вы не можете судить о емкости конденсатора в фарадах просто по размеру. Конденсатор любого заданного размера может быть относительно высоким по емкости и с низким рабочим напряжением, или наоборот, или иметь некоторый компромисс между двумя этими крайностями. Посмотрим для примера следующие две фотографии:
Рисунок 3 – Масляный конденсатор высокого напряжения
Это довольно большой конденсатор по физическим размерам, но он имеет довольно низкое значение емкости: всего 2 мкФ. Тем не менее, его рабочее напряжение довольно высокое: 2000 вольт! Если бы этот конденсатор был перепроектирован так, чтобы между его пластинами был более тонкий слой диэлектрика, то могло бы быть достигнуто, по крайней мере, стократное увеличение емкости, но за счет значительного снижения его рабочего напряжения. Сравните приведенную выше фотографию с приведенной ниже. Конденсатор, показанный на нижнем рисунке, представляет собой электролитический компонент, по размерам подобный приведенному выше, но с очень отличающимися значениями емкости и рабочего напряжения:
Рисунок 4 – Электролитический конденсатор
Более тонкий слой диэлектрика дает ему гораздо большую емкость (20000 мкФ) и резко снижает рабочее напряжение (постоянное напряжение 35 В, напряжение 45 В в пике).
Вот некоторые образцы конденсаторов разных типов, все по размеру меньше, чем показанные ранее:
Рисунок 5 – Керамические конденсаторы 
Рисунок 6 – Пленочные конденсаторы 
Рисунок 7 – Электролитические конденсаторы 
Рисунок 8 – Танталовые конденсаторы
Электролитические и танталовые конденсаторы являются полярными (чувствительны к полярности) и всегда помечаются как таковые. У электролитических конденсаторов отрицательные (-) выводы отмечаются стрелками на корпусе. У некоторых полярных конденсаторов полярность обозначена на положительном выводе. У большого электролитического конденсатора на 20 000 мкФ, показанного выше, положительный (+) вывод помечен знаком «плюс». Керамические, майларовые, пленочные и воздушные конденсаторы не имеют маркировки полярности, потому что эти типы являются неполярными (они не чувствительны к полярности).
Конденсаторы являются очень распространенными компонентами в электронных схемах. Внимательно посмотрите на следующую фотографию – каждый компонент, обозначенный на печатной плате буквой «С», является конденсатором:
Рисунок 9 – Конденсаторы на сетевой карте
Некоторые конденсаторы на плате – это стандартные электролитические конденсаторы: C30 (верхняя часть платы, в центре) и C36 (левая сторона, 1/3 от вершины). Некоторые другие представляют собой особый вид электролитических конденсаторов, называемый танталовым, потому что именно этот тип металла используется для изготовления пластин. Танталовые конденсаторы имеют относительно высокую емкость для своих физических размеров. На плате, показанной выше, танталовые конденсаторы: C14 (чуть ниже слева от C30), C19 (непосредственно под R10, который ниже C30), C24 (нижний левый угол платы) и C22 (внизу справа).
Примеры еще меньших по размеру конденсаторов можно увидеть на этой фотографии:
Рисунок 10 – Конденсаторы на жестком диске
Конденсаторы на этой печатной плате из соображений экономии места являются «устройствами поверхностного монтажа», как и все резисторы. В соответствии с соглашением о маркировке компонентов конденсаторы могут быть идентифицированы по меткам, начинающимся с буквы «C».
Коды напряжения конденсаторов
У меня не возникало вопросов к метало-плёночным конденсаторам. Большинство из них имеют напряжение 63 В, а некоторые — и более. А я до недавнего времени работал с устройствами, у которых напряжения были ниже этого значения.
Но вот, пришла пора разрабатывать импульсные источники питания, и понеслось! Конденсаторов (выдранных из трупов старых телевизоров) много, а вот на какое они напряжение — хрен его знает! Риск спалить не только сам конденсатор, но и всю схему, оказался очень большой. Пришлось копать Большую Помойку — Интернет.
Стыдно признаться, но я таки не смог в интернете найти готовую таблицу кодов напряжения для конденсаторов. Пришлось её составлять самостоятельно по крупицам скудной информации.
В общем, выношу на суд общественности таблицу кодов напряжения для конденсаторов.
Юзайте на здоровье, а если есть чем дополнить — присылайте коды!
| Буква | 0x | 1x | 2x | 3x |
| A | 10 | 100 | 1000 | |
| B | 12,5 | 125 | 1250 | |
| C | 16 | 160 | 1600 | |
| D | 2 | 20 | 200 | 2000 |
| E | 2,5 | 25 | 250 | |
| F | 315 | (3000) | ||
| G | 4 | 400 | ||
| H | 50 | 500 | ||
| I | ||||
| J | 6,3 | 63 | 630 | |
| K | 8 | 80 | ||
| L | 5,5 | (550) | ||
| M | ||||
| N | ||||
| O | ||||
| P | 220 | |||
| Q | 110 | |||
| R | ||||
| S | ||||
| T | 50 | |||
| U | ||||
| V | 35 | 350 | ||
| W | 450 | |||
| X | ||||
| Y | ||||
| Z | 180 |
Напряжения, указанные в скобках, это немного сомнительные напряжения. Либо они взяты из сомнительных источников, либо встретились всего один раз. Пустые клетки означают, что про эти напряжения мне пока ничего не известно.
Как оказалось, помимо кодов, показанных в таблице выше, существует ещё один набор кодов напряжений. Этот набор относится к переменному напряжению (VAC — Volts Alternating Current, напряжение переменного тока ). Ссылку на статью, в которой упоминается этот набор кодов прислал Брылёв Сергей. (Спасибо, Сергей!) Вот эти коды:
| Код | Напряжение |
| A1 | 275VAC |
| A2 | 300VAC |
| A3 | 250VAC |
| A4 | 400VAC |
| A5 | 440VAC |
| A8 | 305VAC |
| A9 | 310VAC |
Эти коды, на сколько я понял, присутствуют в обозначении полного кодированного наименования плёночных конденсаторов. Речь идёт о конденсаторах нескольких сериий JF фирмы JB Capacitors. По ссылке, которую я указал перед таблицей, гораздо больше информации.
Я не очень уверен, что эти коды наносят на корпус конденсаторов. Возможно, эти обозначения присутствуют только в накладной. Например, конденсатор обозначается так: JFA02A102J050000B. Расшифровка в тексте по ссылке выше. Но так ли уж часто мы имеем дело с накладными?
Как правило на конденсаторы наносится значение ёмкости, допуск и номинальное напряжение.
Напряжение может указываться как явно, например, 100V, 250В, 630 В. так и в виде кода. Причем, следует заметить, что в мире действуют две системы кодирования напряжения.
Первая система имеет одно-буквенное значение. Обычно так кодируется напряжение на метало-плёночных конденсаторах. (Возможно, и на керамических тоже, но в этом я не очень уверен.)
| Напр В | Букв. обозн. | Напр. В | Букв. обозн. | Напр. В | Букв. обозн. | Напр. В | Букв. обозн | Напр. В | Букв. обозн |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1,0 | I | 6.3 | B | 40 | S | 100 | N | 350 | T |
| 2,5 | M | 10 | D | 50 | J | 125 | P | 400 | Y |
| 3.2 | A | 16 | E | 63 | K | 160 | Q | 450 | U |
| 4.0 | C | 20 | F | 80 | L | 315 | X | 500 | V |
Я эту таблицу взял где-то в общедоступных источниках. Где точно — не помню! Найти в интернете эту таблицу не составляет особого труда. Она во многих местах опубликована.
К сожалению, пользоваться таблицей не очень удобно. Поэтому я у неё поменял местами колонки и упорядочил по буквам.
| Обозначение | Напряжение, В |
| A | 3.2 |
| B | 6.3 |
| C | 4.0 |
| D | 10 |
| E | 16 |
| F | 20 |
| G | |
| H | |
| I | 1.0 |
| J | 50 |
| K | 63 |
| L | 80 |
| M | 2.5 |
| N | 100 |
| O | |
| P | 125 |
| Q | 160 |
| R | |
| S | 40 |
| T | 350 |
| U | 450 |
| V | 500 |
| W | 250 |
| X | 315 |
| Y | 400 |
| Z |
А, вот, пример конденсатора, обозначение напряжения у которого выполнены по первой системе:
Этот конденсатор имеет ёмкость 4.7 нФ (это легко определяется). Напряжение конденсатор — 100 В (буква «N» в начале обозначения). Фото конденсатора прислал Игорь Витальевич К. Я публикую это фото без его разрешения. И, тем не менее, Игорь Витальевич — спасибо за Ваш вклад в общее дело! Уверен, люди будут Вам благодарны.
А вот ещё примеры обозначений, выполненные по «советской» схеме. Эти конденсаторы были установлены в одинаковых блоках АТС (телефонной станции), но разного года выпуска, соответственно, разной комплектации:
Здесь сразу видно, Что этот конденсатор имеет ёмкость 47 нФ и рассчитан на напряжение 250 В.
Что обозначает русская заглавная буква «П» в начале обозначения в первой строчке — я не знаю. Далее идет обозначение ёмкости: «47n». Тут без вопросов.
Далее, латинская заглавная буква «J» — это тоже легко. Это отклонение от номинала. Прокручивайте статью вниз, там есть таблица. Букве «J» соответствует отклонение ±5.0%.
Вторая строчка «чёрным по русскому» сообщает нам о напряжении. Что обозначает последний в строке символ «1» — я тоже не знаю.
На следующей фотке показан точно такой же конденсатор, но с другим обозначением:
Здесь так же легко угадывается номинальная ёмкость конденсатора — «47n». Зная о том, что это «советское» обозначение, то следующая буква «J» тоже превращается в отклонение — ±5.0%.
Буква «W» обозначает номинальное напряжение — 250 В. Это определяется по таблице выше.
Третий точно такой же конденсатор 47 нФ на 250 В имеет вот такой вид:
Здесь, номинальная ёмкость, отклонение и рабочее напряжение сгруппированы в одной строке. Частный опыт, полученный по двум предыдущим конденсаторам, не даст ошибиться. «Частный» — потому, что это так в этом конкретном случае, когда заранее известно, что эти конденсаторы стояли на одинаковых платах. А в целом — да, бардак в обозначениях ещё тот! Сравните с зелёным конденсатором, присланным Игорем Витальевичем К., и попробуйте ответить на вопрос — какие у Вас имеются критерии считать, что первая буква «N» в обозначении этого конденсатора отвечает за его напряжение?
А вот ещё для тренировки
Фото прислал Владимир Коврежников. (Спасибо, Владимир!) Ёмкость конденсатора угадывается легко: «474» — означает 0.47 мкФ. А вот с напряжением придётся немного подумать. Код «6Q» на роль напряжения не подходит, так как согласно таблице «Q» — это мантисса 1.1, а «6» — множитель, равный 1000000. Это что? Вы хотите сказать, что этот конденсатор на 1.1 мегавольта? Ну, бред же!
Код «2L» подходит на обозначение напряжения. Согласно таблице напряжение конденсатора 550 В. Ну что, это больше похоже на истину. Беглый анализ принципиальной схемы подтверждает догадки.
Вот ещё фото конденсатора, которое прислал Градников Роман:
На фото конденсатор ёмкостью 10нФ (код «10n» в нижней строке), с допуском ±5.0% (последняя буква «J» в нижней строке. Конденсатор рассчитан на напряжение 440VAC, об этом говорит код «A5» (последние два символа в верхней строке).
Судя по изображению первых символов в верхней строке — «СнЗ» — это изделие Северо-Задонского конденсаторного завода (Тульская область, г.Донской). По причине ужасной полиграфии dot-print шрифта буква «к», выродилась в букву «н». Таким образом это есть попытка изобразить логотип «СкЗ».
Вторая система имеет двух-символьный код напряжения. Вот как раз её-то найти и не удалось.
Напряжение в этой системе может обозначаться как: 1J, 2A, 2G, 2J, что соответствуют напряжению 63В, 100В, 400В, 630В.
Эти обозначения также наносятся на метало-плёночные (и, возможно, керамические) конденсаторы.
А вот коды напряжения на танталовых конденсаторах я встречал только второй системы. Первую систему ни видел ни разу. Ну, иногда бывает, что на танталовых конденсаторах указывают напряжение непосредственно.
Я специально заговорил о танталовых конденсаторах. У них, как правило, небольшое напряжение. Я много раз видел, когда указывается только одна буква, например, — «D». В этом случае подразумевается, что ей предшествует отсутствующая единичка. Нетрудно догадаться, что такой конденсатор рассчитан на напряжение 20 В. Или вместо «1A» или «1E» стоит просто «A» или «E», что означает, что конденсатор рассчитан на напряжение 10 В или 25 В.
Здесь очень легко ошибиться, перепутав «J» и «j». Будьте внимательны! Просто подумайте, что танталовый конденсатор 10 мкФ и напряжением 63 В, не может быть меньше конденсатора 10 мкФ и напряжением 25 В. И к тому же, танталовых SMD-конденсаторов на напряжение более 50 В пока не выпускают.
Иногда в обозначении напряжения встречаются маленькие (строчные) буквы.
Маленькая (строчная) буква — это тоже самое, что и соответствующая её большая (прописная) буква, с предваряющим её нулём. Например, «одинокая» буква «e» — это тоже самое, что и полное обозначение «0E». И то и другое обозначение соответствует напряжению 2.5 В.
В таблице я указал напряжение для кода «1T» в скобочках. Код этого напряжения я увидел в интернете всего один раз, причем, увидел его не в официальных документах. Возможно, это ошибка, так как согласно таблице напряжению 50 В должен соответствовать код «1H». Тем более, что коду «2H» соответствует напряжение 500 В.
Вы видите, что таблица не полная. Поэтому, я обращаюсь ко всем заинтересованным товарищам — не стесняйтесь присылать мне отсутствующую в таблице информацию. Единственная просьба: информация должна быть достоверной. Например, было бы логично установить в клеточку «1H» значение напряжения 5.0 В. Но я это не сделал, так как еще не встречал этого. Поэтому пусть лучше в клеточке будет «ничего», чем будет указано ошибочное значение.
Таблицу допусков (точности изготовления) тоже относительно легко найти в интернете. Я ее продублирую здесь чтобы вам (да и мне тоже!) не рыть интернет в её поисках. Пусть будет всё в одном месте.
К сожалению, мир большой, и не всё в нём однозначно. В статье про плёночные конденсаторы фирмы JB Capacitors (ссылку на которую прислал Брылёв Сергей) обозначения кодов допуска совпадают с таблицей, за исключением кода «E». У фирмы JB Capacitors эта буква используется для обозначения допуска +/- 3%.
И не забывайте, что черточкой (или полоской) у танталовых конденсаторов обозначается «плюсовый» вывод, а у алюминиевых электролитических — «минусовый».
Добавлено 02.05.2019:
https://wp.me/P1H7g0-11D — это короткая ссылка на эту статью. Она более компактная, и её удобнее размещать в тексте. Для перехода на статью я рекомендую пользоваться именно короткой ссылкой.
Добавлено 14.07.2020:
Я создал репозиторий, где находятся материалы по конденсаторам. Пока там только два файла — две pdf-ки по керамическим конденсаторам фирмы KEMET и танталовым конденсаторам фирмы KESENES.
Не уверен, что этот репозиторий будет активно «надуваться», но иногда встречается информация, которую бы хотелось сложить в одно место. Вот, я и решил поступить пока так — сделать копилку файлов. Как дальше пойдёт — не знаю.
Для клонирования репозитория к себе в комп выполните команду (в Линуксе):