Схемотехника · урок 4 из 18

Конденсатор и RC-цепь

Деталь, которая запасает заряд и «не пускает» постоянный ток, и самая важная константа времени τ = RC.

Конденсатор — две пластины, разделённые изолятором. Постоянный ток через него не идёт, но заряд на пластинах копится. Ёмкость C в фарадах: на практике — пикофарады (пФ), нанофарады (нФ) и микрофарады (мкФ).

I = C · dU/dt

Чем больше ток, тем быстрее меняется напряжение на конденсаторе. Отсюда главное свойство: напряжение на конденсаторе не может измениться скачком.

Заряд конденсатора через резистор (по рис. 1.28–1.30)

Постоянная времени τ = RC

Замкнём ключ — конденсатор начнёт заряжаться, сначала быстро, потом всё медленнее. За время τ = R·C он набирает 63 % напряжения, за 5τ — практически всё. 10 кОм и 100 мкФ дают τ = 1 с. Разряд идёт так же: за τ остаётся 37 %.

Попробуйте сами

Где это работает

Задержка: «включить через секунду после подачи питания».
Сглаживание: конденсатор после выпрямителя держит напряжение между пиками (урок 8).
Развязка: 0,1 мкФ прямо у выводов питания каждой микросхемы гасит броски тока — правило, которое книга повторяет десятки раз.
Генераторы: заряд-разряд конденсатора задаёт частоту (урок 15).

Параллельно и последовательно

Наоборот, чем у резисторов: параллельно ёмкости складываются, последовательно — считаются как резисторы параллельно.

Электролитические конденсаторы полярны: перепутаете «+» и «−» — вздуется или хлопнет. Минус отмечен полосой на корпусе. Напряжение — с запасом от рабочего.

Опыт на макетной плате

Нужно: 5–9 В, резистор 10 кОм, конденсатор 470–1000 мкФ (16 В), светодиод с резистором 1 кОм, кнопка.

Через 10 кОм заряжайте конденсатор и смотрите мультиметром на нём напряжение — видно, как растёт и замедляется.
Подключите светодиод с резистором 1 кОм параллельно заряженному конденсатору и отключите питание: светодиод плавно гаснет — это разряд с τ = 1 кОм × C.

Проверьте себя

1. R = 100 кОм, C = 10 мкФ. Чему равна τ?

2. Сколько процентов напряжения набирает конденсатор за одно τ?

3. Три конденсатора по 1 мкФ параллельно — общая ёмкость?

4. Зачем ставят 0,1 мкФ у выводов питания микросхем?

По книге: П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники» (М.: БИНОМ, 2014), гл. 1, с. 27–35. Текст урока — пересказ, схемы перерисованы.