Рудольф Сворень - Ваш радиоприемник

Рис. 21

Прежде всего, конденсатор зарядится от батареи и на обкладках его накопятся избыточные заряды (рис. 21, б). С этой обкладки, которая подключена к плюсу батареи, уйдут свободные электроны, и на этой обкладке появится положительный заряд. На другой обкладке, наоборот, окажется «—», так как туда, естественно, хлынут свободные электроны с «минуса» батареи. Эти заряды сохранятся на обкладках и после отключения конденсатора (рис. 21, в). А куда им деваться? Обкладки изолированы от всего мира и никуда свободные заряды с них уйти не могут. Кроме того, положительные и отрицательные заряды, скопившиеся на обкладках, через изолирующую прослойку притягивают друг друга. Само собой разумеется, что такое взаимное притяжение осуществляется через электрическое поле, которое в основном образуется между обкладками. В этом поле сосредоточены запасы энергии, которые конденсатор успел получить у батареи.

* * *

ПОПУЛЯРНАЯ ЕДИНИЦА

Единицу измерения децибел (дб) вы можете встретить повсюду — там, где идет речь о токе, напряжении, мощности, звуковом давлении, усилении, ослаблении, там, где нужно дать характеристику выпрямителю, антенне, фильтру, контуру, усилителю… Такая универсальность объясняется тем, что децибел не относится только к току, только к напряжению или только к мощности. Он характеризует отношение двух величин, то есть показывает, во сколько раз (вторая и третья строка таблицы) одна из них больше или меньше другой.

В децибелах очень удобно выражать неравномерность частотной характеристики, избирательные свойства контура, эффективность фильтров, подавление фона, усиление или ослабление. В последнем случае знак плюс говорит о том, что происходит усиление, знак минус — ослабление сигнала.

* * *

Заряды, накопившиеся на обкладках, притягивают друг друга, но встретиться никак не могут — не в силах преодолеть сопротивление изолирующей прослойки. Ну а что, если им помочь? Что, если соединить обкладки просторной дорожкой — проводником? Конечно, в этом случае электрическое поле заработает вовсю — оно двинет свободные электроны по проводнику на ту обкладку, где их не хватает, то есть на обкладку, заряженную положительно. При этом в цепи, так же как и во время заряда, появится кратковременный ток, который прекратится, как только конденсатор полностью разрядится и на его обкладках не останется лишних зарядов (рис. 21, г).

Сейчас мы вплотную подошли к очень важному свойству конденсатора — он пропускает переменный ток и поэтому может использоваться для разделения постоянных и переменных составляющих. Кроме того, он по-разному реагирует на переменные токи различной частоты и формы и поэтому может использоваться для отделения одних переменных токов от других. Однако прежде чем пояснить и комментировать эти свойства, еще несколько слов о самом конденсаторе.

Как вы думаете, от чего зависит количество зарядов, накопившихся на обкладках? Да, правильно — от напряжения, приложенного к конденсатору. Чем больше это напряжение, тем больше зарядов «втиснет» батарея на обкладки. Но напряжение — еще не все. Многое зависит и от устройства самого конденсатора, в частности, от площади его обкладок, расстояния между ними и материала, из которого сделана изолирующая прослойка. Чем больше обкладки, тем больше зарядов разместится на них при одном и том же напряжении батареи. Чем меньше расстояние между обкладками, тем сильнее заряды притягивают друг друга, тем опять-таки больше этих зарядов сможет удержать конденсатор. Ну и, наконец, изолятор — от его свойств зависит концентрация электрического поля между обкладками, а это паче, как уже говорилось, главное действующее лицо в процессе накопления зарядов. Так, например, если в конденсатор с воздушной прослойкой вставить особый вид керамики — титанат бария, то поле между обкладками усилится в несколько тысяч раз и в такое же число раз возрастет количество накопленных зарядов.

Способность конденсатора накапливать заряды характеризуется специальным коэффициентом — электрической емкостью. Единицей емкости является фарада (ф). Такой емкостью обладает конденсатор, который под действием напряжения в 1 в накапливает заряд в 1 к. Вместо слова «обладает» правильней сказать «обладал бы» — фарада настолько большая величина, что конденсаторов с такой емкостью практически не существует. На практике мы имеем дело с конденсаторами, емкость которых измеряется микрофарадами (мкф, миллионная часть фарады) и пикофарадами (пф, миллионная часть микрофарады).

Емкость конденсатора сокращенно обозначается буквой С. Этой же буквой на схемах и чертежах обозначаются и сами конденсаторы.

Кроме емкости, у конденсатора есть еще одна характеристика, с которой нам полезно познакомиться. Это так называемое рабочее напряжение. Оно оговаривает условия, в которых конденсатор может безопасно работать. Если подвести к конденсатору напряжение больше допустимого, то может произойти пробой — диэлектрик разрушится, между обкладками проскочит импульс тока, обкладки на каком-то участке расплавятся и соединятся друг с другом накоротко. Конденсатор превратится в обычный проводник.

Самое главное, на что вам следовало обратить внимание, так это на неточность заявления, что включение конденсатора в цепь приравнивается к разрыву этой цепи. В разорванной цепи тока не бывает, а вот в цепи, куда включен конденсатор, мы сами дважды наблюдали движение зарядов. Первый раз когда происходил заряд конденсатора, второй раз — во время его разряда. Для того, чтобы было легче вывести из этих частных случаев общее правило, проделаем еще один мысленный эксперимент. Возьмем цепь, с которой мы начинали (батарейка, лампочка, конденсатор), и каким-нибудь «волшебным» способом увеличим напряжение батареи. При этом к обкладкам двинутся дополнительные заряды, и в цепи опять появится кратковременный ток. Уменьшим напряжение, и некоторая часть зарядов вернется обратно к батарее — в цепи снова появится импульс тока, но уже обратного направления.

Теперь уже общее правило напрашивается само собой — при всяком изменении напряжения в цепи, где имеется конденсатор, будет наблюдаться ток. Заметьте — это очень важно — ток появляется только при изменении напряжения.

Все, о чем только что говорилось, позволяет легче понять, что произойдет, если подключить конденсатор к генератору переменного напряжения (рис. 21, д). Если напряжение все время меняется, то меняется и количество зарядов на обкладках, а значит, заряды постоянно движутся от генератора к обкладкам или обратно. В цепи все время протекает переменный ток.

Теперь легко сообразить, что будет, если мы подведем к конденсатору пульсирующее напряжение. Его постоянная составляющая не создаст тока в цепи конденсатора, а переменная — сделает это. Таким образом, конденсатор отделит переменную составляющую от постоянной. На рис. 22, б показана простейшая практическая схема, с помощью которой решается подобная задача. Это так называемый RС-фильтр, в котором переменная составляющая пульсирующего тока идет через конденсатор С1 а постоянная — через сопротивление R1.

Рис. 22

Приведенная схема, если ее использовать в детекторе, может легко отделить высокочастотную составляющую в том случае, когда сигнал не модулирован. А что будет во время модуляции? В этом случае у нас уже появляются две переменные составляющие — низкочастотная и высокочастотная. А вот как их разделить? И эту задачу можно решить с помощью RC-фильтров, но уже более сложных (рис. 23).

Под действием переменного напряжения через конденсатор проходит переменный ток. Ну а какова величина этого тока? От чего она зависит? Ответ на этот вопрос дает закон Ома для цепи переменного тока, очень похожий на закон, который мы вывели для тока постоянного. Основное отличие состоит в том, что вместо хорошо знакомого нам сопротивления появляется так называемое емкостное сопротивление конденсатора, обозначаемое хс (рис. 21, е). Оно так же, как и R, измеряется в омах, так же устанавливает связь между током и напряжением, однако емкостное сопротивление связано совсем с другими физическими процессами и поэтому имеет совсем другой смысл.

Прежде чем говорить подробно о емкостном сопротивлении, напомним еще раз, что такое величина, или, как еще говорят, сила тока. Величина тока показывает количество зарядов, которое проходит через какой-нибудь участок цепи за единицу времени. Чем быстрее движутся заряды, чем более массовый характер носит их движение, тем больше ток.