Электроника

Калькулятор конденсатора

Рассчитайте ёмкость, заряд и энергию конденсатора. Анализ соединений и RC-цепей с графиками, схемами и подбором стандартных номиналов.

⚡Калькулятор конденсатора

Ёмкость (C)

Напряжение (V)

Заряд (Q)

Энергия (E)

Расчёт ёмкости по геометрии

Диэлектрик (εᵣ = 1.0006)

Площадь пластин (A)

Расстояние между пластинами (d)

C = ε₀εᵣA / d

Типа расчёта

Параметры, соединения, RC-цепь

Диэлектриков

От вакуума до керамики Y5V

E12

Стандартные ряды

Подбор ближайшего номинала

5τ

Полный цикл

99.3% заряда/разряда

Что такое конденсатор

Конденсатор -- пассивный электронный компонент, способный накапливать электрический заряд и энергию в электрическом поле. Он состоит из двух проводящих пластин (обкладок), разделённых диэлектриком. Ёмкость конденсатора определяется геометрией пластин и свойствами диэлектрика.

⚡

Основные параметры

Заряд Q = CV пропорционален ёмкости и напряжению. Энергия, запасённая в конденсаторе, равна E = CV²/2. Эти простые формулы связывают все ключевые характеристики: ёмкость (Фарады), напряжение (Вольты), заряд (Кулоны) и энергию (Джоули).

📋

Типы конденсаторов

Керамические -- малые ёмкости и высокие частоты. Электролитические -- большая ёмкость для фильтрации. Плёночные -- высокая стабильность и точность. Танталовые -- компактные и надёжные для SMD-монтажа. Суперконденсаторы -- огромная ёмкость для накопления энергии.

🧲

Роль диэлектрика

Диэлектрик между обкладками увеличивает ёмкость в εᵣ раз. Вакуум имеет εᵣ = 1, воздух ~ 1, керамика Y5V достигает 10 000. Выбор диэлектрика определяет не только ёмкость, но и температурную стабильность, потери и рабочее напряжение конденсатора.

Где применяются конденсаторы

Конденсаторы -- один из самых распространённых электронных компонентов. Без них не обходится практически ни одна схема.

🔋

Фильтрация питания

Сглаживание пульсаций в блоках питания, развязка по питанию (bypass/decoupling). Электролитические конденсаторы на входе, керамические -- рядом с микросхемами.

📻

Частотные фильтры

RC-фильтры низких и высоких частот, полосовые фильтры. Конденсаторы задают частоту среза совместно с резисторами и индуктивностями.

⏱️

Таймеры и генераторы

Задержки на основе RC-цепи, генераторы на таймере 555, кварцевые генераторы с нагрузочными конденсаторами. Постоянная времени определяет период.

📱

Сенсорные экраны

Ёмкостные тачскрины работают на принципе изменения ёмкости при касании пальцем. Каждая точка экрана -- маленький конденсатор.

🎭

Аудиотехника

Разделительные конденсаторы для блокировки постоянного тока, кроссоверы акустических систем, регулировка тембра в усилителях.

🚗

Автомобильная электроника

Суперконденсаторы для рекуперативного торможения, конденсаторы в системах зажигания, фильтрация помех бортовой электроники.

Формулы конденсатора/ теория

Все основные формулы для расчёта конденсаторов -- от базовых соотношений до геометрических моделей и переходных процессов в RC-цепях.

Основные соотношения

Заряд, энергия и связь между параметрами конденсатора.

Q = C · V    (заряд = ёмкость × напряжение)
E = ½CV² = ½QV = Q²/(2C)
C = Q/V    V = Q/C    Q = CV

Ёмкость по геометрии

Формулы для плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов.

Плоский:       C = ε₀εᵣ · A / d
Цилиндрический: C = 2πε₀εᵣL / ln(b/a)
Сферический:    C = 4πε₀εᵣab / (b - a)
ε₀ = 8.854 × 10⁻¹² Ф/м

Соединение конденсаторов

Параллельное (ёмкости складываются) и последовательное (обратные ёмкости складываются).

Параллельное:       C_total = C₁ + C₂ + ... + Cₙ
Последовательное:   1/C_total = 1/C₁ + 1/C₂ + ... + 1/Cₙ
Два послед.:        C_total = C₁C₂ / (C₁ + C₂)

RC-цепь (переходные процессы)

Заряд и разряд конденсатора через резистор. Постоянная времени определяет скорость процесса.

τ = R · C    (постоянная времени)
Заряд:   V(t) = V₀(1 - e^(-t/τ))
Разряд:  V(t) = V₀ · e^(-t/τ)
Ток:     I(t) = (V₀/R) · e^(-t/τ)
Частота среза: f_c = 1 / (2πRC)

Помните: конденсаторы в последовательном соединении ведут себя как резисторы в параллельном -- итоговая ёмкость уменьшается. И наоборот.

5τ правило: через 5 постоянных времени конденсатор заряжен (или разряжен) на 99.3%. На практике этого достаточно для полного завершения процесса.

Типы конденсаторов

Каждый тип конденсатора оптимален для своей области применения. Правильный выбор обеспечивает надёжность и эффективность схемы.

🟢

Керамические

1 пФ -- 100 мкФ

Самые распространённые конденсаторы. Классы NPO/C0G -- высокая стабильность для точных схем. X7R -- универсальный вариант. Y5V -- максимальная ёмкость в малом корпусе, но с большим разбросом. Идеальны для развязки, ВЧ-фильтрации и SMD-монтажа.

🔵

Электролитические

0.1 мкФ -- 1 Ф

Алюминиевые электролитические конденсаторы обеспечивают большую ёмкость при малых размерах. Поляризованные -- важно соблюдать полярность. Применяются для фильтрации пульсаций в блоках питания, в аудиотехнике и силовой электронике. Ограниченный срок службы (2 000 -- 10 000 часов).

🟡

Плёночные

100 пФ -- 100 мкФ

Полипропиленовые (CBB) и полиэстеровые (CL) конденсаторы. Отличная стабильность, низкие потери (ESR), самовосстанавливающиеся. Применяются в аудиотехнике Hi-Fi, снабберах, EMI-фильтрах и схемах переменного тока. Не имеют полярности.

🟠

Танталовые

0.1 мкФ -- 1000 мкФ

Компактные и стабильные. Низкий ESR, подходят для высокочастотных схем. Поляризованные. Чувствительны к перенапряжению -- могут воспламениться при неправильном подключении. Широко используются в портативной электронике и медицинских приборах.

🟣

Суперконденсаторы (EDLC / ионисторы)

0.1 Ф -- 3000 Ф

Ёмкость в сотни и тысячи фарад. Занимают промежуточное положение между обычными конденсаторами и аккумуляторами. Низкое рабочее напряжение (2.5 -- 2.7 В на ячейку). Огромное количество циклов заряда-разряда (более 500 000). Применяются для кратковременного хранения энергии, резервного питания, рекуперативного торможения в электромобилях и гибридных транспортных средствах.

Практические советы

Рекомендации по выбору и использованию конденсаторов в реальных проектах.

1Запас по напряжению

Выбирайте конденсатор с рабочим напряжением минимум на 50% выше максимального напряжения в схеме. Для электролитических -- запас 80--100%. Это значительно увеличивает срок службы и надёжность. Например, для 12 В схемы берите конденсатор на 25 В.

2Развязка по питанию

Ставьте керамический конденсатор 100 нФ (0.1 мкФ) как можно ближе к каждой микросхеме. Для высокочастотных схем добавляйте второй на 10 нФ или 1 нФ параллельно. Короткие дорожки к выводам питания критичны для эффективности развязки.

3Учитывайте ESR

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) влияет на эффективность фильтрации. Для импульсных блоков питания нужны конденсаторы с низким ESR. Обычные электролитические могут иметь ESR от 0.1 до нескольких Ом, а специальные Low ESR -- менее 50 мОм.

4Температурный коэффициент

Ёмкость керамических конденсаторов Y5V может меняться на ±80% в рабочем диапазоне температур. Для таймеров и точных схем используйте NPO/C0G (отклонение менее 30 ppm/°C). X7R -- разумный компромисс: ±15% при -55...+125°C.

5Разряд перед работой

Всегда разряжайте конденсаторы перед ремонтом оборудования. Конденсаторы в блоках питания и инверторах могут хранить опасный заряд часами после отключения. Используйте разрядный резистор, а не закорачивайте выводы -- это может повредить конденсатор.

6Деrating по напряжению (MLCC)

Керамические конденсаторы X5R и X7R теряют до 80% ёмкости при приложении напряжения, близкого к номинальному (DC bias effect). Конденсатор 10 мкФ 10 В при 8 В может иметь реальную ёмкость лишь 2--3 мкФ. Проверяйте графики деrating в даташите.

Как пользоваться калькулятором

Простая инструкция для расчёта параметров конденсатора за несколько секунд.

Выберите вкладку

Основные параметры -- для расчёта заряда, энергии и ёмкости. Соединение -- для комбинации конденсаторов. RC-цепь -- для анализа переходных процессов.

Введите известные величины

Заполните любые два из четырёх параметров (C, V, Q, E). Калькулятор автоматически вычислит остальные. Выберите удобные единицы измерения.

Используйте геометрию

Для расчёта ёмкости по размерам выберите тип (плоский, цилиндрический, сферический), укажите размеры и диэлектрик.

Скопируйте результат

Нажмите кнопку "Копировать" для сохранения результатов. Подберите ближайший стандартный номинал из ряда E12.

Часто задаваемые вопросы

Заряд Q = C * V, где C -- ёмкость в фарадах, V -- напряжение в вольтах. Например, конденсатор 100 мкФ при 12 В хранит заряд Q = 100*10^(-6) * 12 = 1.2 мКл (миллукулон). Введите любые два параметра в калькулятор, и третий вычислится автоматически.

Энергия E = (1/2) * C * V^2. Для конденсатора 1000 мкФ при 50 В: E = 0.5 * 0.001 * 2500 = 1.25 Дж. Эту же энергию можно найти через заряд: E = Q^2/(2C) или E = (1/2)*Q*V. Все три формулы эквивалентны.

При параллельном соединении ёмкости складываются: C_total = C1 + C2. Напряжение одинаково на всех конденсаторах. При последовательном -- складываются обратные ёмкости: 1/C_total = 1/C1 + 1/C2. Заряд одинаков, а напряжение делится. Параллельное увеличивает ёмкость, последовательное -- рабочее напряжение.

Постоянная времени tau = R * C (сопротивление в Омах * ёмкость в Фарадах). Это время, за которое конденсатор заряжается до 63.2% от полного напряжения. Через 5*tau конденсатор считается полностью заряженным (99.3%). Например, 10 кОм * 100 мкФ = 1 секунда.

RC-фильтр -- простейший частотный фильтр. Частота среза f_c = 1/(2*pi*R*C). Ниже этой частоты сигнал проходит (ФНЧ) или блокируется (ФВЧ), в зависимости от схемы. При f_c сигнал ослабляется на 3 дБ (-3 дБ точка). Наклон характеристики -- 20 дБ/декаду (6 дБ/октава).

E12 -- стандартный ряд номинальных значений: 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8, 8.2 (и их декадные множители). Конденсаторы выпускаются именно с такими номиналами. Калькулятор подбирает ближайшие стандартные значения к рассчитанной ёмкости.

Относительная диэлектрическая проницаемость (epsilon_r) показывает, во сколько раз диэлектрик увеличивает ёмкость по сравнению с вакуумом. Вакуум: 1, воздух: 1.0006, бумага: 3.5, стекло: 5--10, керамика: от 6 до 10000. Чем выше epsilon_r, тем больше ёмкость при тех же размерах.

C = epsilon_0 * epsilon_r * A / d, где epsilon_0 = 8.854*10^(-12) Ф/м, epsilon_r -- проницаемость диэлектрика, A -- площадь пластин (м^2), d -- расстояние между ними (м). Например, две пластины 10*10 см с зазором 1 мм и воздухом: C = 8.854e-12 * 1 * 0.01 / 0.001 = 88.5 пФ.

Основные причины: превышение рабочего напряжения (пробой диэлектрика), перегрев (высыхание электролита), переполюсовка электролитических, механические повреждения. Электролитические конденсаторы имеют ограниченный срок службы (обычно 2000--10000 часов при максимальной температуре).

ESR (Equivalent Series Resistance) -- эквивалентное последовательное сопротивление. Оно приводит к нагреву при протекании переменного тока и снижает эффективность фильтрации. Низкий ESR критичен для импульсных блоков питания. Типичные значения: электролитические 0.05--5 Ом, керамические менее 0.01 Ом.

В большинстве случаев -- да, при условии совпадения рабочего напряжения и типа (полярный/неполярный). Для развязки и фильтрации больше -- лучше. Но в таймерных и резонансных схемах ёмкость критична и замена изменит частоту или время задержки. Учитывайте габариты.

Стандартный выбор -- керамический 100 нФ (0.1 мкФ) класса X7R или X5R, размер 0402 или 0603 для SMD. Размещайте как можно ближе к выводам питания. Для высокочастотных схем (более 100 МГц) добавьте параллельно 10 нФ и 1 нФ NPO/C0G.

Создатель

Лиана Арифметова

Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».

⚖️

Отказ от ответственности

Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.

Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.

Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.

Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.

Похожие инструменты

💻

Agile Sprint калькулятор: ёмкость спринта, velocity, burndown, оценка задач

Комплексный калькулятор для Agile/Scrum команд. Расчёт ёмкости спринта (capacity), прогноз velocity, burndown-диаграмма, story point оценка по Фибоначчи, планирование релизов (MoSCoW), метрики команды (lead time, cycle time, throughput, WIP, flow efficiency).

💰

Калькулятор оценки акций (DCF, мультипликаторы)

Оцените справедливую стоимость акций: DCF-модель, модель Гордона, P/E, EV/EBITDA, число Грэхема. Для акций на MOEX.

🏥

Калькулятор BMR (базальный метаболизм)

Рассчитайте свою норму калорий (BMR и TDEE). Формулы Миффлина-Сан Жеора и Харриса-Бенедикта.

⚙️

Калькулятор упаковки

Расчёты упаковки: размеры, гофрокартон, плёнка, палетизация, маркировка, себестоимость

💻

CI/CD калькулятор: пайплайн, кэш, тесты, раннеры, деплой

Комплексный CI/CD калькулятор: оптимизация пайплайна (критический путь, параллелизация), кэш сборки (hit ratio, ROI), анализ тестов (flaky, шардирование), артефакты (Docker, npm), раннеры (автоскейлинг) и стратегии деплоя (Blue-Green, Canary, Rolling).

📐

Калькулятор конденсатора