Шаг за шагом. От детекторного приемника до супергетеродина - Сворень Рудольф Анатольевич - Страница 20

Рис. 44. При подключении конденсатора к батарейке (заряд конденсатора) на его обкладках накапливаются заряды, а между обкладками появляется электрическое поле, то есть конденсатор запасает энергию.

При зарядке конденсатора на той обкладке, которая подключена к «минусу» батареи, появится избыток электронов (обкладка с отрицательным зарядом), а на другой обкладке во многих атомах будет наблюдаться нехватка электронов (обкладка с положительным зарядом). Заряды на обкладках, а следовательно, и электрическое поле конденсатора останутся и после того, как мы отключим батарею, так как через слой изолятора заряды не смогут перейти с одной обкладки на другую. Конденсатор отдаст запасенную им энергию лишь в том случае, если его разрядить — соединить обкладки проводником, по которому полученные от батареи «лишние» электроны смогут перейти на противоположную обкладку и занять имеющиеся там «свободные места» (рис. 45).

Рис. 45. При подключении к заряженному конденсатору нагрузки (разряд конденсатора) он отдает запасенную энергию — избыточные заряды уходят с обкладок, а в цепи в этот момент появляется ток.

Необходимо отметить, что идеальных изоляторов не существует и всякий изолятор хоть плохо, но все же проводит электрический ток. Поэтому если даже не соединять проводником обкладки конденсатора, то он все равно постепенно разрядится, со временем заряды перейдут с одной обкладки на другую через изолятор и окружающий воздух. Конденсатор как накопитель электрической энергии используется в так называемых лампах-вспышках, применяемых в фотографии. Конденсатор сравнительно долго — несколько секунд — накапливает энергию от батареи, а затем очень быстро, в течение сотых долей секунды, выдает эту энергию специальной осветительной лампе. Но при заряде и при разряде конденсатора электрический ток выполняет одну и ту же работу, а за счет быстроты разряда лампа развивает большую мощность и дает яркую вспышку. Вспомните, что мощность это и есть работа, отнесенная к единице времени.

Принципиально можно было бы построить лампу-вспышку не с конденсатором, а с катушкой, которая накапливала бы энергию в магнитном поле. Однако такая установка будет очень громоздкой и неудобной.

Способность конденсатора накапливать заряды, а следовательно, и накапливать энергию в виде электрического поля характеризуется емкостью этого конденсатора. Емкость обозначается буквой С — этой же буквой на схемах обозначаются сами конденсаторы. Единицей емкости является фарада (ф). Имеются и более мелкие единицы: микрофарада (мкф) — миллионная доля фарады и пикофарада (пф) — миллионная доля микрофарады (лист 69). Пикофараду иногда называют микромикрофарадой (мкмкф). Фарада — это чрезвычайно большая величина, и конденсаторы такой емкости в практике никогда не встречаются. Обычно в радиоаппаратуре используются конденсаторы емкостью от нескольких пикофарад до нескольких десятков, реже — сотен микрофарад.

Емкость конденсаторов на схемах указывается сокращенно (лист 70). Если емкость конденсатора составляет доли пикофарады, то она выражается десятичной дробью с прибавлением букв «пф» (например, 0,5 пф). Целое число пикофарад, не более тысячи, выражается обычным числом без каких-либо добавлений (например, цифра 500 соответствует емкости 500 пф). Если емкость превышает 1000 пф, то она уже выражается в микрофарадах в виде десятичной дроби. Например, обозначение 0,002 соответствует емкости 0,002 мкф или, что то же самое, 2000 пф.

Десятичной дробью выражается и емкость конденсаторов более одной микрофарады. Так, например, обозначение 20,0 соответствует емкости 20 мкф.

Наряду с емкостью важной характеристикой конденсатора является его рабочее напряжение, то есть напряжение, которое можно без опасений прикладывать к его обкладкам. Если к конденсатору приложить напряжение больше, чем это разрешается, то может произойти пробой (разрушение) изолятора и как следствие этого короткое замыкание между обкладками.

Величина рабочего напряжения обычно указывается на корпусе конденсатора одновременно с его емкостью.

Емкость конденсатора зависит от площади его обкладок и расстояния между ними: чем больше эта площадь и чем ближе друг к другу расположены обкладки, тем больше С. У конденсаторов малой емкости обкладки обычно выполняют в виде прямоугольных пластин или дисков, а также в виде двух трубок, расположенных одна внутри другой. У конденсаторов большой емкости обкладки представляют собой длинные ленты из тончайшего металла (фольги), которые вместе с изолирующей прокладкой свернуты в трубку и размещены в корпусе из керамики или металла.

Емкость конденсатора сильно зависит от примененного в нем изолятора. По сравнению с воздухом бумага дает увеличение емкости в три-четыре раза, слюда в пять — восемь раз, а некоторые сорта керамики — в несколько тысяч раз.

Материал диэлектрика и конструктивные особенности конденсатора сокращенно отражаются в его названии (листы 71, 72).

Так, например, если обкладки конденсатора представляют собой трубки, вставленные одна в другую, а между ними находится слой керамики, то такой конденсатор называется КТК — конденсатор трубчатый керамический. Аналогично КДК означает: конденсатор дисковый керамический, КСО — конденсатор слюдяной опрессованный (в пластмассу). Перечисленные конденсаторы обычно имеют емкость от нескольких пикофарад до нескольких тысяч пикофарад.

Различные типы бумажных конденсаторов: КБ (бумажные), КБГ (бумажные герметизированные), КБГМ (бумажные герметизированные малогабаритные) — могут иметь емкость от тысячи пикофарад (0,001 мкф) до нескольких микрофарад. Особую группу составляют электролитические конденсаторы (КЭ), о которых будет рассказано в четвертой главе.

Зарядим конденсатор от батареи и подключим его к катушке. В созданном нами контуре сразу же начнутся электромагнитные колебания (рис. 46).

Рис. 46. В процессе электромагнитных колебаний в контуре происходит непрерывный переход потенциальной энергии электрического поля конденсатора в кинетическую энергию магнитного поля катушки и обратно. При этом с определенной частотой меняется напряжение на элементах контура и ток в нем.

Разрядный ток конденсатора, проходя по катушке, создает вокруг нее магнитное поле. Это значит, что во время разряда конденсатора энергия его электрического поля переходит в энергию магнитного поля катушки, подобно тому как при колебаниях маятника или струны потенциальная энергия переходит в кинетическую.

По мере того как конденсатор разряжается, напряжение на его обкладках падает, а ток в контуре растет, и к тому моменту, когда конденсатор полностью разрядится, ток будет максимальным (амплитуда тока). Но и после окончания разряда конденсатора ток не прекратится — убывающее магнитное поле катушки будет поддерживать движение зарядов, и они вновь начнут накапливаться на обкладках конденсатора. При этом ток в контуре уменьшается, а напряжение на конденсаторе растет. Этот процесс обратного перехода энергии магнитного поля катушки в энергию электрического поля конденсатора несколько напоминает то, что происходит, когда маятник, проскочив среднюю точку, поднимается вверх.

К моменту, когда ток в контуре прекратится и магнитное поле катушки исчезнет, конденсатор окажется заряженным до максимального (амплитудного) напряжения обратной полярности. Последнее означает, что на той обкладке, где раньше были положительные заряды, теперь будут отрицательные, и наоборот. Поэтому, когда вновь начнется разряд конденсатоpa (а это произойдет немедленно после того, как он полностью зарядится), то в цепи пойдет ток обратного направления.