Разновидности и устройство конденсаторов


СОДЕРЖАНИЕ:

Конденсаторы: назначение, устройство, принцип действия

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от лейденской банки, которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка.

Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой – станиолем. Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был.

Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку. В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки.

В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими. Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика.

Как устроен конденсатор

Устройство конденсатора практически ничем не отличается от лейденской банки: все те же две обкладки, разделенные диэлектриком. Именно так на современных электрических схемах изображаются конденсаторы. На рисунке 1 показано схематичное устройство плоского конденсатора и формула для его расчета.

Рисунок 1. Устройство плоского конденсатора

Здесь S – площадь пластин в квадратных метрах, d – расстояние между пластинами в метрах, C — емкость в фарадах, ε – диэлектрическая проницаемость среды. Все величины, входящие в формулу, указаны в системе СИ. Эта формула справедлива для простейшего плоского конденсатора: можно просто расположить рядом две металлические пластины, от которых сделаны выводы. Диэлектриком может служить воздух.

Из этой формулы можно понять, что емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь пластин и чем меньше расстояние между ними. Для конденсаторов с другой геометрией формула может быть иной, например, для емкости одиночного проводника или электрического кабеля. Но зависимость емкости от площади пластин и расстояния между ними та же, что и у плоского конденсатора: чем больше площадь и чем меньше расстояние, тем больше емкость.

На самом деле пластины не всегда делаются плоскими. У многих конденсаторов, например металлобумажных, обкладки представляют собой алюминиевую фольгу свернутую вместе с бумажным диэлектриком в плотный клубок, по форме металлического корпуса.

Для увеличения электрической прочности тонкая конденсаторная бумага пропитывается изолирующими составами, чаще всего трансформаторным маслом. Такая конструкция позволяет делать конденсаторы с емкостью до нескольких сотен микрофарад. Примерно так же устроены конденсаторы и с другими диэлектриками.

Формула не содержит никаких ограничений на площадь пластин S и расстояние между пластинами d. Если предположить, что пластины можно развести очень далеко, и при этом площадь пластин сделать совсем незначительной, то какая-то емкость, пусть небольшая, все равно останется. Подобное рассуждение говорит о том, что даже просто два проводника, расположенные по соседству, обладают электрической емкостью.

Этим обстоятельством широко пользуются в высокочастотной технике: в некоторых случаях конденсаторы делаются просто в виде дорожек печатного монтажа, а то и просто двух скрученных вместе проводков в полиэтиленовой изоляции. Обычный провод–лапша или кабель также обладают емкостью, причем с увеличением длины она увеличивается.

Кроме емкости C, любой кабель обладает еще и сопротивлением R. Оба этих физических свойства распределены по длине кабеля, и при передаче импульсных сигналов работают как интегрирующая RC – цепочка, показанная на рисунке 2.

На рисунке все просто: вот схема, вот входной сигнал, а вот он же на выходе. Импульс искажается до неузнаваемости, но это сделано специально, для чего и собрана схема. Пока же речь идет о влиянии емкости кабеля на импульсный сигнал. Вместо импульса на другом конце кабеля появится вот такой «колокол», а если импульс короткий, то он может и вовсе не дойти до другого конца кабеля, вовсе пропасть.

Исторический факт

Здесь вполне уместно вспомнить историю о том, как прокладывали трансатлантический кабель. Первая попытка в 1857 году потерпела неудачу: телеграфные точки – тире (прямоугольные импульсы) искажались так, что на другом конце линии длиной 4000 км разобрать ничего не удалось.

Вторая попытка была предпринята в 1865 году. К этому времени английский физик У. Томпсон разработал теорию передачи данных по длинным линиям. В свете этой теории прокладка кабеля оказалась более удачной, сигналы принять удалось.

За этот научный подвиг королева Виктория пожаловала ученого рыцарством и титулом лорда Кельвина. Именно так назывался небольшой город на побережье Ирландии, где начиналась прокладка кабеля. Но это просто к слову, а теперь вернемся к последней букве в формуле, а именно, к диэлектрической проницаемости среды ε.

Немножко о диэлектриках

Эта ε стоит в знаменателе формулы, следовательно, ее увеличение повлечет за собой возрастание емкости. Для большинства используемых диэлектриков, таких как воздух, лавсан, полиэтилен, фторопласт эта константа практически такая же, как у вакуума. Но вместе с тем существует много веществ, диэлектрическая проницаемость которых намного выше. Если воздушный конденсатор залить ацетоном или спиртом, то его емкость возрастет раз в 15…20.

Но подобные вещества обладают кроме высокой ε еще и достаточно высокой проводимостью, поэтому такой конденсатор заряд держать будет плохо, он быстро разрядится сам через себя. Это вредное явление называется током утечки. Поэтому для диэлектриков разрабатываются специальные материалы, которые позволяют при высокой удельной емкости конденсаторов обеспечивать приемлемые токи утечки. Именно этим и объясняется такое разнообразие видов и типов конденсаторов, каждый из которых предназначен для конкретных условий.

Электролитический конденсатор

Наибольшей удельной емкостью (соотношение емкость / объем) обладают электролитические конденсаторы. Емкость «электролитов» достигает до 100 000 мкФ, рабочее напряжение до 600В. Такие конденсаторы работают хорошо только на низких частотах, чаще всего в фильтрах источников питания. Электролитические конденсаторы включаются с соблюдением полярности.

Электродами в таких конденсаторах является тонкая пленка из оксида металлов, поэтому часто эти конденсаторы называют оксидными. Тонкий слой воздуха между такими электродами не очень надежный изолятор, поэтому между оксидными обкладками вводится слой электролита. Чаще всего это концентрированные растворы кислот или щелочей.

На рисунке 3 показан один из таких конденсаторов.

Рисунок 3. Электролитический конденсатор

Чтобы оценить размеры конденсатора рядом с ним сфотографировался простой спичечный коробок. Кроме достаточно большой емкости на рисунке можно разглядеть еще и допуск в процентах: ни много ни мало 70% от номинальной.

В те времена, когда компьютеры были большими и назывались ЭВМ, такие конденсаторы стояли в дисководах (по-современному HDD). Информационная емкость таких накопителей теперь может вызвать лишь улыбку: на двух дисках диаметром 350 мм хранилось 5 мегабайт информации, а само устройство весило 54 кг.

Основным назначением показанных на рисунке суперконденсаторов был вывод магнитных головок из рабочей зоны диска при внезапном отключении электроэнергии. Такие конденсаторы могли хранить заряд несколько лет, что было проверено на практике.

Чуть ниже с электролитическими конденсаторами будет предложено проделать несколько простых опытов, чтобы понять, что может делать конденсатор.

Для работы в цепях переменного тока выпускаются неполярные электролитические конденсаторы, вот только достать их почему-то очень непросто. Чтобы как-то эту проблему обойти, обычные полярные «электролиты» включают встречно-последовательно: плюс-минус-минус-плюс.

Если полярный электролитический конденсатор включить в цепь переменного тока, то сначала он будет греться, а потом раздастся взрыв. Отечественные старые конденсаторы разлетались во все стороны, импортные же имеют специальное приспособление, позволяющее избежать громких выстрелов. Это, как правило, либо крестовая насечка на донышке конденсатора, либо отверстие с резиновой пробкой, расположенное там же.

Очень не любят электролитические конденсаторы повышенного напряжения, даже если полярность соблюдена. Поэтому никогда не надо ставить «электролиты» в цепь, где предвидится напряжение близкое к максимальному для данного конденсатора.

Иногда в некоторых, даже солидных форумах, начинающие задают вопрос: «На схеме означен конденсатор 470µF * 16V, а у меня есть 470µF * 50V, можно ли его поставить?». Да, конечно можно, вот обратная замена недопустима.

Конденсатор может накапливать энергию

Разобраться с этим утверждением поможет простая схема, показанная на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема с конденсатором

Главным действующим лицом этой схемы является электролитический конденсатор C достаточно большой емкости, чтобы процессы заряда – разряда протекали медленно, и даже очень наглядно. Это дает возможность наблюдать работу схемы визуально с помощью обычной лампочки от карманного фонаря. Фонари эти давно уступили место современным светодиодным, но лампочки для них продаются до сих пор. Поэтому, собрать схему и провести простые опыты очень даже просто.

Может быть, кто-то скажет: «А зачем? Ведь и так все очевидно, да если еще и описание почитать…». Возразить тут, вроде, нечего, но любая, даже самая простая вещь остается в голове надолго, если ее понимание пришло через руки.

Итак, схема собрана. Как она работает?

В положении переключателя SA, показанном на схеме, конденсатор C заряжается от источника питания GB через резистор R по цепи: +GB __ R __ SA __ C __ -GB. Зарядный ток на схеме показан стрелкой с индексом iз. Процесс заряда конденсатора показан на рисунке 5.

Рисунок 5. Процесс заряда конденсатора

На рисунке видно, что напряжение на конденсаторе возрастает по кривой линии, в математике называемой экспонентой. Ток заряда прямо-таки зеркально отражает напряжение заряда. По мере того, как напряжение на конденсаторе растет, ток заряда становится все меньше. И только в начальный момент соответствует формуле, показанной на рисунке.

Через некоторое время конденсатор зарядится от 0В до напряжения источника питания, в нашей схеме до 4,5В. Весь вопрос в том, как это время определить, сколько ждать, когда же конденсатор зарядится?

Постоянная времени «тау» τ = R*C

В этой формуле просто перемножаются сопротивление и емкость последовательно соединенных резистора и конденсатора. Если, не пренебрегая системой СИ, подставить сопротивление в Омах, емкость в Фарадах, то результат получится в секундах. Именно это время необходимо для того, чтобы конденсатор зарядился до 36,8% напряжения источника питания. Соответственно для заряда практически до 100% потребуется время 5* τ.

Часто, пренебрегая системой СИ, подставляют в формулу сопротивление в Омах, а емкость в микрофарадах, тогда время получится в микросекундах. В нашем случае результат удобнее получить в секундах, для чего придется микросекунды просто умножить на миллион, а проще говоря, переместить запятую на шесть знаков влево.

Для схемы, показанной на рисунке 4, при емкости конденсатора 2000мкФ и сопротивлении резистора 500Ω постоянная времени получится τ = R*C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд или ровно одна секунда. Таким образом, придется подождать приблизительно 5 секунд, пока конденсатор зарядится полностью.

Если по истечении указанного времени переключатель SA перевести в правое положение, то конденсатор C разрядится через лампочку EL. В этот момент получится короткая вспышка, конденсатор разрядится и лампочка погаснет. Направление разряда конденсатора показано стрелкой с индексом iр. Время разряда также определяется постоянной времени τ. График разряда показан на рисунке 6.

Рисунок 6. График разряда конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток

Убедиться в этом утверждении поможет еще более простая схема, показанная на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема с конденсатором в цепи постоянного тока

Если замкнуть переключатель SA, то последует кратковременная вспышка лампочки, что свидетельствует о том, что конденсатор C зарядился через лампочку. Здесь же показан и график заряда: в момент замыкания переключателя ток максимальный, по мере заряда конденсатора уменьшается, а через некоторое время прекращается совсем.

Если конденсатор хорошего качества, т.е. с малым током утечки (саморазряда) повторное замыкание выключателя к вспышке не приведет. Для получения еще одной вспышки конденсатор придется разрядить.

Конденсатор в фильтрах питания

Конденсатор ставится, как правило, после выпрямителя. Чаще всего выпрямители делаются двухполупериодными. Наиболее распространенные схемы выпрямителей показаны на рисунке 8.

Рисунок 8. Схемы выпрямителей

Однополупериодные выпрямители также применяются достаточно часто, как правило, в тех случаях, когда мощность нагрузки незначительна. Самым ценным качеством таких выпрямителей является простота: всего один диод и обмотка трансформатора.

Для двухполупериодного выпрямителя емкость конденсатора фильтра можно рассчитать по формуле

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU, где C емкость конденсатора мкФ, Po мощность нагрузки Вт, U напряжение на выходе выпрямителя В, f частота переменного напряжения Гц, dU амплитуда пульсаций В.

Большое число в числителе 1000000 переводит емкость конденсатора из системных Фарад в микрофарады. Двойка в знаменателе представляет собой число полупериодов выпрямителя: для однополупериодного на ее месте появится единица

C = 1000000 * Po / U*f*dU,

а для трехфазного выпрямителя формула примет вид C = 1000000 * Po / 3*U*f*dU.

Суперконденсатор – ионистор

В последнее время появился новый класс электролитических конденсаторов, так называемый ионистор. По своим свойствам он похож на аккумулятор, правда, с несколькими ограничениями.

Заряд ионистора до номинального напряжения происходит в течение короткого времени, буквально за несколько минут, поэтому его целесообразно использовать в качестве резервного источника питания. По сути ионистор прибор неполярный, единственное, чем определяется его полярность это зарядкой на заводе – изготовителе. Чтобы в дальнейшем эту полярность не перепутать она указывается знаком +.

Большую роль играют условия эксплуатации ионисторов. При температуре 70˚C при напряжении 0,8 от номинального гарантированная долговечность не более 500 часов. Если же прибор будет работать при напряжении 0,6 от номинального, а температура не превысит 40 градусов, то исправная работа возможна в течение 40 000 часов и более.

Наиболее распространенное применение ионистора это источники резервного питания. В основном это микросхемы памяти или электронные часы. В этом случае основным параметром ионистора является малый ток утечки, его саморазряд.

Достаточно перспективным является использование ионисторов совместно с солнечными батареями. Здесь также сказывается некритичность к условию заряда и практически неограниченное число циклов заряд-разряд. Еще одно ценное свойство в том, что ионистор не нуждается в обслуживании.

Пока получилось рассказать, как и где работают электролитические конденсаторы, причем, в основном в цепях постоянного тока. О работе конденсаторов в цепях переменного тока будет рассказано в другой статье — Конденсаторы для электроустановок переменного тока.

Типы конденсаторов, их характеристики и назначение

Накопление и преобразование электрической энергии можно отнести к базовым задачам, которые решают вспомогательные элементы радиоаппаратуры. Конденсатор относится к пассивным компонентам и выступает своего рода емкостью для поступающего заряда. Конструкция стандартных устройств предусматривает наличие пластинчатых электродов, которые разделяются тонкими диэлектриками. Более сложные типы конденсаторов могут содержать несколько электродных слоев, формирующих цилиндрическую намотку. Есть и другие отличительные признаки, обуславливающие возможности применения элементов для той или иной аппаратуры.

Назначение конденсаторов

На сегодняшний день едва ли найдется область радиотехники, в которой бы не использовались данные устройства. Наиболее распространены комбинации конденсаторов с резисторами и катушками индуктивности, участвующие в построении электрических цепей. Такие узлы поддерживают функции частотных фильтров, колебательных контуров и линий с обратной связью. Еще одна их распространенная задача – сглаживание пульсаций напряжения, требуемое во вторичных источниках энергоснабжения. В лазерных установках, системах вспышки и магнитных ускорителях электрический конденсатор используется для выдачи разового заряда с большим показателем мощности. И напротив, электротехнические приборы оснащаются данными элементами с целью компенсации реактивной мощностной энергии. Хотя такие элементы нельзя рассматривать в качестве полноценных емкостных накопителей энергии, в некоторых системах они выступают и как носители информации.

Маркировка устройств

Для визуального определения принадлежности конденсатора к той или иной категории используются специальные обозначения. В первую очередь указывается емкостный потенциал, выражаемый микрофарадами (мкФ). Могут применяться и другие единицы измерения, о чем также будет свидетельствовать соответствующая маркировка. Не всегда отмечается тип используемого в конструкции материала – как правило, без маркировки выпускаются керамические и пленочные неполярные модели. В свою очередь, обозначение танталовых конденсаторов соответствует резисторам – за исключением наличия знака µ и цифр 104 или 107. Такие устройства могут иметь оранжевый, желтый или черный цвет. В знаковой маркировке также указываются размерные параметры и емкость. Высоковольтные и электролитические модели помечаются величиной максимального напряжения, а для переменных конденсаторов указывается диапазон емкости.

Основные характеристики

Главным рабочим параметром является емкость, от которой зависит способность конкретной модели накапливать заряд. Следует разделять номинальную и фактическую емкость, так как на практике использования вторая величина может быть меньше. Диапазон значений по объему может варьироваться от 1 до 50 мкФ, а в некоторых случаях максимум достигает и 10 000 мкФ. Важен и показатель энергетической плотности, во многом определяемый конструкцией изделия. Наибольшей плотностью характеризуются крупноформатные типы конденсаторов, у которых масса обкладки с электролитом существенно превышает вес корпуса. К примеру, при емкости в 10 000 мкФ с напряжением в 0,45 кВт и массой порядка 2 кг плотность может достигать 600-800 Дж/кг. Как раз такие модели выгодно использовать для длительного хранения энергии. Помимо этого, рабочие свойства конденсаторов определяются допуском. Речь идет как раз о погрешности в соотношении показателей реальной и номинальной емкости. Данная величина выражается в процентах и в среднем составляет 20-30 %. В некоторых направлениях радиотехники применяются изделия с 1 % допуска.

Керамические конденсаторы

Это устройства, базирующиеся на дисковых керамических элементах с диэлектриками из титаната бария. Такой конденсатор можно использовать в системах с напряжением до 50 000 В, но важно учитывать, что он имеет минимальную температурную стабильность и широкий спектр изменения емкости. Среди достоинств можно отметить небольшие утечки тока, скромные размеры (при большой емкости заряда) и способность работать на высокой частоте. Что касается назначения, то керамические конденсаторы применяются в цепях с пульсирующим, переменным и постоянным током. Чаще всего используют модели емкостью до 0,5 мкФ. В процессе работы конденсатор этого типа хорошо справляется с внешними нагрузками, среди которых механические удары. Нельзя сказать, что керамический корпус отличается большим эксплуатационным сроком и долговечностью, однако в заявленный период технические свойства поддерживает стабильно.

Полиэстеровые модели

На схемах устройства данного типа обозначаются маркировкой K73-17 или CL21. Их оболочку формирует металлизированная пленка, а для корпуса используется эпоксидный компаунд. Как раз наличие этого наполнителя в конструкции делает полиэстеровые конденсаторы устойчивыми к температурным, физическим и химическим воздействиям. Этот набор эксплуатационных качеств обусловил и широкое распространение конденсаторов типа K73-17 в производстве светотехнических приборов. Средняя емкость устройства составляет 15 мкФ при максимальном напряжении порядка 1500 В. Характеристики скромные, но это не мешает применять конденсатор в тех же цепях с импульсным и переменным током. К тому же и низкая стоимость устройства способствует его популярности на радиорынке.

Конденсатор на основе полипропилена

Тоже вариант относительно недорогого накопителя электрического заряда, который при этом отличается низким коэффициентом потерь и высокой диэлектрической прочностью. К плюсам можно отнести и оптимальную гигроскопичность. То есть один из главных врагов радиоэлементов в виде влажности полипропиленовым конденсаторам не страшен. В качестве изоляторов применяется металлизированная пленка или полоски фольги. В новейших версиях используют и технологию самовосстанавливающейся оболочки, что повышает надежность и долговечность конденсатора.

Каждый электрик должен знать:  Изолирующая штанга виды, испытания, правила пользования

Устройство может работать на повышенных частотах с сохранением достаточной мощности. Это качество позволяет использовать конденсаторы в системах индукционного обогрева, дополненных водяным охлаждением. Распространено и применение таких элементов в оснастке электромоторов на 220 В. В данном случае они выступают как пусковые компоненты. Эту функцию лучше всего реализуют модели с рабочей емкостью в диапазоне 1-100 мкФ и напряжением в 440 В. Но и это не единственные накопители на синтетической основе. Какие бывают конденсаторы из термопластиков? Внимания заслуживают полисульфоновые и поликарбонатные элементы. Первые отличаются низким влагопоглощением и способностью поддерживать высокое напряжение при температурных перепадах, а вторые в процессе работы демонстрируют оптимальную электротехническую стабильность.

Танталовые конденсаторы

Основу устройства формирует пентоксид тантала с оксидным электролитическим наполнением. Конденсатор отличается высоким отношением емкости к объему, широким спектром поддерживаемых температур и компактностью. Используют такие компоненты в мелком приборостроении, компьютерах и другой вычислительной технике. В этом семействе можно выделить следующие типы конденсаторов: полярные и неполярные, твердотельные, жидкостные. Наиболее привлекательные по эксплуатационным качествам именно твердотельные устройства, так как они характеризуются способностью поддерживать большое напряжение. Однако в условиях критического превышения допустимой величины тока они могут выходить из строя. Емкость танталовых моделей составляет 1000 мкФ, но по сравнению с электролитическими аналогами их собственная индуктивность гораздо ниже, что допускает возможность применения элемента на высоких частотах.

Особенности высоковольтных моделей

Элементы такого типа могут применяться в системах с высокими показателями напряжения, достигающими 15 000 В. При этом емкость у высоковольтных конденсаторов небольшая – порядка 50-100 нФ. В качестве диэлектрического материала чаще используется керамика. Благодаря этой основе выдерживаются большие нагрузки напряжения, а корпус защищает начинку от пробоев пластин.

Распространены и стеклянные вакуумные изделия, также поддерживающие напряжение более 10 000 В. Они представляют собой колбы с концентрическими электродами, в процессе работы обеспечивающими небольшие частотные потери. Применяют высоковольтные конденсаторы такого типа для решения ответственных радиочастотных задач с индуктивным нагревом. Но стоят такие компоненты дороже, отличаются хрупкостью и большими размерами.

Многослойные и однослойные конструкции

Обычно данную классификацию применяют в отношении конденсаторов, выполненных из керамики. Так, однослойные конденсаторы (дисковые) имеют простое устройство, но это не сказывается на уменьшении размеров. В большинстве случаев они массивнее, чем многослойные аналоги. В итоге увеличивается емкость устройства, но крупные размеры все же ограничивают их распространение в отдельных областях.


Что касается многослойных элементов, то они по эксплуатационным качествам в целом схожи с дисковыми, но потенциал накопителей еще выше. Также существенное преимущество заключается в надежности и долговечности. Форм-фактор, в котором выполняются многослойные конденсаторы, делает их менее чувствительными к агрессивным средам, что расширяет область применения. Такие компоненты преимущественно используют в дорогой профессиональной аппаратуре.

Масляные конденсаторы с пропитками

Это отдельная группа радиотехнических элементов, в основе которых находятся бумажные наполнители. Они обрабатываются специальными растворами наподобие воска и эпоксидных смол. Какие бывают конденсаторы масляного типа? Принципиально отличаются модели для постоянного и переменного тока. Первые используются в целях частотной фильтрации, повышения напряжения и устранения электрической дуги. Конденсаторы на масляной пропитке для систем с переменным током применяют в промышленности. Такое устройство располагает большой емкостью и может справляться с большими пиковыми нагрузками. Как правило, его используют в качестве пускового компонента для электромоторов. К дополнительным функциям можно отнести разделение фаз, коррекцию мощности и выравнивание напряжения.

Негативные факторы применения конденсаторов

Одной из главных проблем использования конденсаторов является высокая вероятность взрыва при перегревах, которые происходят из-за больших утечек. Также повысить риск поломки элемента могут близко расположенные радиаторы с высоким тепловым излучением. Какие типы конденсаторов наиболее подвержены взрывам? Чаще всего это происходит с электролитическими устройствами, обеспеченными ненадежными корпусами. Оптимизация конструкции с целью уменьшения размеров изделия заставляет производителей использовать тонкие оболочки, поэтому может иметь место разлет частей конденсатора и разбрызгивание электролита при сильном перегреве или в условиях повышенного внутреннего давления.

Заключение

И простейшие однослойные, и многослойные высоковольтные модели конденсаторов выполняют важные для радиоаппаратуры задачи. Как минимум они корректируют параметры тока, что при схожих размерах не может обеспечить ни один другой технический компонент. В то же время электрический конденсатор вовсе не является идеальным решением, что обуславливает постоянные поиски новых форматов его исполнения. Производители сложной аппаратуры экспериментируют с конструкциями, наполнителями и физическими свойствами, стараясь предлагать оптимальные потребительские качества данного устройства. Среди наиболее важных целевых параметров в этом плане можно назвать устойчивость конденсатора к нагрузкам, широкие рабочие диапазоны, минимальное радиационное воздействие и высокий срок службы.

Конденсатор

Типы конденсаторов

Конденсатор – один из самых распространённых радиоэлементов. Роль конденсатора в электронной схеме заключается в накоплении электрического заряда, разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и многое другое.

Конструктивно конденсатор состоит из двух проводящих обкладок, изолированных диэлектриком. В зависимости от конструкции и назначения конденсатора диэлектриком может служить воздух, бумага, керамика, слюда.

Основными параметрами конденсаторов являются:

Номинальная ёмкость. Ёмкость измеряют в Фарадах (Ф). Ёмкость в 1 Фараду очень велика. К примеру, земной шар имеет ёмкость менее 1 Ф, а точнее около 710 мкф. Правда, тут надо понимать, что физики любят аналогии. Говоря про электрическую ёмкость земного шара, они имеют ввиду, что в качестве примера взят металлический шар размером с планету Земля и являющийся уединённым проводником. Это всего лишь аналогия. В технике существует электронный компонент, который обладает ёмкостью более 1 Фарады – это ионистор.

В основном, в электронике и радиотехнике используются конденсаторы с ёмкостью равной миллионной доле фарады – микрофарада (1мкФ = 0,000001 Ф). Также находят применение конденсаторы с ёмкостями исчисляемыми десятками – сотнями нанофарад (1нФ = 0,000000001 Ф) и пикофарад (1пФ = 0,000000000001 Ф). Номинальную ёмкость указывают на корпусе конденсатора.

Чтобы не запутаться в сокращениях (мкФ, нФ, пФ), и научиться переводить микрофарады в пикофарады, а нанофарады в микрофарады необходимо знать о сокращённой записи численных величин.

Номинальное напряжение. Это напряжение, при котором конденсатор выполняет свои функции. При превышении допустимого значения конденсатор будет пробит, то есть, превратится в обычный проводник. Диапазон допустимых значений рабочих напряжений конденсаторов лежит в пределах от нескольких вольт до единиц киловольт (1 киловольт – 1 000 вольт). Номинальное напряжение маркируют на корпусе конденсатора.

Допуск. Также как у резисторов и у конденсаторов есть допустимое отклонение величины его реальной ёмкости от той, что указана на его корпусе. Допуск обозначается в процентах. Допуск у конденсаторов может достигать 20 – 30%. В технике, где требуется особая точность номинальных значений ёмкости, применяются конденсаторы с малым допуском (1% и менее).

Три указанных параметра являются основными. Знание этих параметров достаточно, чтобы самостоятельно подбирать конденсаторы для изготовления самоделок и ремонта электроники.

Изображается конденсатор на принципиальных схемах так, как показано на рисунке.

Типы конденсаторов

Кроме обычных существуют ещё и электролитические конденсаторы. Емкость их намного больше, чем у обычных, следовательно, габариты также существенно больше. Отличительная особенность электролитических конденсаторов – полярность. Если обычные конденсаторы можно впаивать в схему не беспокоясь о полярности прикладываемого к конденсатору напряжения, то электролитический конденсатор необходимо включать в схему строго в соответствии с полярностью напряжения. У электролитических конденсаторов один вывод плюсовой, другой минусовой.

Обозначение электролитического конденсатора на схемах.

Также широкое применение получили подстроечные конденсаторы. Подстроечные конденсаторы необходимы в тех случаях, когда требуется точная подстройка ёмкости в электронной схеме. В таких конденсаторах подстройку ёмкости производят один раз или очень редко.

Наряду с подстроечными конденсаторами существуют и конденсаторы переменной ёмкости. В отличие от подстроечных, переменные конденсаторы служат для частой подстройки ёмкости. В простом (не цифровом) приёмнике настройка на радиостанцию как раз и осуществляется с помощью конденсатора переменной ёмкости.

Свойства конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток и является для него изолятором.

Для переменного тока конденсатор не является преградой. Сопротивление конденсатора (ёмкостное сопротивление) переменному току уменьшается с увеличением его ёмкости и частоты тока, и наоборот, увеличивается с уменьшением его ёмкости и частоты тока.

Свойство конденсатора оказывать разное сопротивление переменному току нашло широкое применение. Конденсаторы используют для фильтрации, отделения одних частот от других, отделения переменной составляющей от постоянной…

Вот так выглядят конденсаторы постоянной ёмкости.

Электролитический конденсатор. Длинный вывод – плюсовой, короткий – минусовой.

Планарный электролитический конденсатор. На корпусе указана номинальная ёмкость22 мкФ (22), номинальное напряжение16 Вольт (16V). Видно, что емкость обозначена только цифрами. Ёмкость электролитических конденсаторов указывается в микрофарадах.

Со стороны отрицательного вывода конденсатора на верхней части корпуса чёрный полукруг.

Что такое конденсатор, типы конденсаторов и их обозначение на схемах

Конденсаторы (от лат. condenso — уплотняю, сгущаю) — это радиоэлементы с сосредоточенной электрической емкостью, образуемой двумя или большим числом электродов (обкладок), разделенных диэлектриком (специальной тонкой бумагой, слюдой, керамикой и т. д.). Емкость конденсатора зависит от размеров (площади) обкладок, расстояния между ними и свойств диэлектрика.

Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет собой сопротивление, величина которого уменьшается с ростом частоты.

Основные единици измерения эмкости конденсаторов это: Фарад, микроФарад, наноФарад, пикофарад, обозначения на конденсаторах для которых выглядят соответственно как: Ф, мкФ, нФ, пФ.

Как и резисторы, конденсаторы разделяют на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости (КПЕ), подстроечные и саморегулирующиеся. Наиболее распространены конденсаторы постоянной емкости.

Их применяют в колебательных контурах, различных фильтрах, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов и в качестве блокировочных элементов.

Конденсаторы постоянной емкости

Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости —две параллельные липни — символизирует его основные части: две обкладки и диэлектрик между ними (рис. 1).

Рис. 1. Конденсаторы постоянной емкости и их обозначение.

Около обозначения конденсатора на схеме обычно указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Основная единица измерения емкости — фарад (Ф) — емкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон.

Это очень большая величина, которая на практике не применяется. В радиотехнике используют конденсаторы емкостью от долей пикофарада (пФ) до десятков тысяч микрофарад (мкФ). Напомним, что 1 мкФ равен одной миллионной доле фарада, а 1 пФ — одной миллионной доле микрофарада или одной триллион-ной доле фарада.

Согласно ГОСТ 2.702—75 номинальную емкость от 0 до 9 999 пФ указывают на схемах в пикофарадах без обозначения единицы измерения, от 10 000 пФ до 9 999 мкФ — в микрофарадах с обозначением единицы измерения буквами мк (рис. 2).

Рис. 2. Обозначение единиц измерения для емкости конденсаторов на схемах.

Обозначение емкости на конденсаторах

Номинальную емкость и допускаемое отклонение от нее, а в некоторых случаях и номинальное напряжение указывают на корпусах конденсаторов.

В зависимости от их размеров номинальную емкость и допускаемое отклонение указывают в полной или сокращенной (кодированной) форме.

Полное обозначение емкости состоит из соответствующего числа и единицы измерения, причем, как и на схемах, емкость от 0 до 9 999 пФ указывают в пикофарадах (22 пФ, 3 300 пФ и т. д.), а от 0,01 до 9 999 мкФ —в микрофарадах (0,047 мкФ, 10 мкФ и т. д.).

В сокращенной маркировке единицы измерения емкости обозначают буквами П (пикофарад), М (микрофарад) и Н (нанофарад; 1 нано-фарад=1000 пФ = 0,001 мкФ).

При этом емкость от 0 до 100 пФ обозначают в пикофарадах, помещая букву П либо после числа (если оно целое), либо на месте запятой (4,7 пФ — 4П7; 8,2 пФ —8П2; 22 пФ — 22П; 91 пФ — 91П и т. д.).

Емкость от 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) обозначают в нанофарадах, а от 0,1 мкФ и выше — в микрофарадах.

В этом случае, если емкость выражена в долях нанофарада или микрофарада, соответствующую единицу измерения помещают на месте нуля и запятой (180 пФ=0,18 нФ—Н18; 470 пФ=0,47 нФ —Н47; 0,33 мкФ —МЗЗ; 0,5 мкФ —МбО и т. д.), а если число состоит из целой части и дроби — на месте запятой (1500 пФ= 1,5 нФ — 1Н5; 6,8 мкФ — 6М8 и т. д.).

Емкости конденсаторов, выраженные целым числом соответствующих единиц измерения, указывают обычным способом (0,01 мкФ —10Н, 20 мкФ — 20М, 100 мкФ — 100М и т. д.). Для указания допускаемого отклонения емкости от номинального значения используют те же кодированные обозначения, что и для резисторов.

Особенности и требования к конденсаторам

В зависимости от того, в какой цепи используют конденсаторы, к ним предъявляют и разные требования. Так, конденсатор, работающий в колебательном контуре, должен иметь малые потери на рабочей частоте, высокую стабильность емкости во времени и при изменении температуры, влажности, давления и т. д.

Потери в конденсаторах, определяемые в основном потерями в диэлектрике, возрастают при повышении температуры, влажности и частоты. Наименьшими потерями обладают конденсаторы с диэлектриком из высокочастотной керамики, со слюдяными и пленочными диэлектриками, наибольшими — конденсаторы с бумажным диэлектриком и из сегнетокерамики.

Это обстоятельство необходимо учитывать при замене конденсаторов в радиоаппаратуре. Изменение емкости конденсатора под воздействием окружающей среды (в основном, ее температуры) происходит из-за изменения размеров обкладок, зазоров между ними и свойств диэлектрика.

В зависимости от конструкции и примененного диэлектрика конденсаторы характеризуются различным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), который показывает относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус; ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения и цвет окраски корпуса.

Для сохранения настройки колебательных контуров при работе в широком интервале температур часто используют последовательное и параллельное соединение конденсаторов, у которых ТКЕ имеют разные знаки. Благодаря этому при изменении температуры частота настройки такого термокомпенсированного контура остается практически неизменной.

Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Она тем больше, чем длиннее и тоньше выводы конденсатора, чем больше размеры его обкладок и внутренних соединительных проводников.

Наибольшей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы, у которых обкладки выполнены в виде длинных лент из фольги, свернутых вместе с диэлектриком в рулон круглой или иной формы. Если не принято специальных мер, такие конденсаторы плохо работают на частотах выше нескольких мегагерц.

Поэтому на практике для обеспечения работы блокировочного конденсатора в широком диапазоне частот параллельно бумажному подключают керамический или слюдяной конденсатор небольшой емкости.

Однако существуют бумажные конденсаторы и с малой собственной индуктивностью. В них полосы фольги соединены с выводами не в одном, а во многих местах. Достигается это либо полосками фольги, вкладываемыми в рулон при намотке, либо смещением полос (обкладок) к противоположным концам рулона и пропайкой их (рис. 1).

Проходные и опорные конденсаторы

Для защиты от помех, которые могут проникнуть в прибор через цепи питания и наоборот, а также для различных блокировок используют так называемые проходные конденсаторы. Такой конденсатор имеет три вывода, два из которых представляют собой сплошной токонесущий стержень, проходящий через корпус конденсатора.

К этому стержню присоединена одна из обкладок конденсатора. Третьим выводом является металлический корпус, с которым соединена вторая обкладка. Корпус проходного конденсатора закрепляют непосредственно на шасси или экране, а токоподводящий провод (цепь питания) припаивают к его среднему выводу.

Благодаря такой конструкции токи высокой частоты замыкаются на шасси или экран устройства, в то время как постоянные токи проходят беспрепятственно.

На высоких частотах применяют керамические проходные конденсаторы, в которых роль одной из обкладок играет сам центральный проводник, а другой — слой металлизации, нанесенный на керамическую трубку. Эти особенности конструкции отражает и условное графическое обозначение проходного конденсатора (рис. 3).

Рис. 3. Внешний вид и изображение на схемах проходных и опорных конденсаторов.

Наружную обкладку обозначают либо в виде короткой дуги (а), либо в виде одного (б) или двух (в) отрезков прямых линий с выводами от середины. Последнее обозначение используют при изображении проходного конденсатора в стенке экрана.

С той же целью, что и проходные, применяют опорные конденсаторы, представляющие собой своего рода монтажные стойки, устанавливаемые на металлическом шасси. Обкладку, соединяемую с ним, выделяют в обозначении такого конденсатора тремя наклонными линиями, символизирующими «заземление» (рис. 3,г).

Оксидные конденсаторы

Для работы в диапазоне звуковых частот, а также для фильтрации выпрямленных напряжений питания необходимы конденсаторы, емкость которых измеряется десятками, сотнями и даже тысячами микрофарад.

Такую емкость при достаточно малых размерах имеют оксидные конденсаторы (старое название — электролитические). В них роль одной обкладки (анода) играет алюминиевый или танталовый электрод, роль диэлектрика — тонкий оксидный слой, нанесенный на него, а роль другой сбкладки (катода) — специальный электролит, выводом которого часто служит металлический корпус конденсатора.

В отличие от других большинство типов оксидных конденсаторов полярны, т. е. требуют для нормальной работы поляризующего напряжения. Это значит, что включать их можно только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и только в той полярности (катод — к минусу, анод — к плюсу), которая указана на корпусе.

Невыполнение этого условия приводит к выходу конденсатора из строя, что иногда сопровождается взрывом!

Полярность включения оксидного конденсатора показывают на схемах знаком «+», изображаемым у той обкладки, которая символизирует анод (рис. 4,а).

Это Общее обозначение поляризованного конденсатора. Наряду с ним специально для оксидных конденсаторов ГОСТ 2.728—74 установил символ, в котором Положительная обкладка изображается узким прямоугольником (рис. 4,6), причем знак ?+» в этом случае можно не указывать.

Рис. 4. Оксидные конденсаторы и их обозначение на принципиальных схемах.

В схемах радиоэлектронных приборов иногда можно встретить обозначение оксидного конденсатора в виде двух узких прямоугольников (рис. 4,в).Это символ неполярного оксидного конденсатора, который может работать в цепях переменного тока (т. е. без поляризующего напряжения).

Оксидные конденсаторы очень чувствительны к перенапряжениям, поэтому на схемах часто указывают не только их номинальную емкость, но и номинальное напряжение.

С целью уменьшения размеров в один корпус иногда заключают два конденсатора, но выводов делают только три (один — общий). Условное обозначение сдвоенного конденсатора наглядно передает эту идею (рис. 4,г).

Конденсаторы переменной емкости (КПЕ)

Конденсатор переменной емкости состоит из двух групп металлических пластин, одна из которых может плавно перемещаться по отношению к другой. При этом движении пластины подвижной части (ротора) обычно вводятся в зазоры между пластинами неподвижной части (статора), в результате чего площадь перекрытия одних пластин другими, а следовательно, и емкость изменяются.

Диэлектриком в КПЕ чаще всего служит воздух. В малогабаритной аппаратуре, например в транзисторных карманных приемниках, широкое применение нашли КПЕ с твердым диэлектриком, в качестве которого используют пленки из износостойких высокочастотных диэлектриков (фторопласта, полиэтилена и т. п.).

Параметры КПЕ с твердым диэлектриком несколько хуже, но зато они значительно дешевле в производстве и размеры их намного меньше, чем КПБ с воздушным диэлектриком.

С условным обозначением КПЕ мы уже встречались — это символ конденсатора постоянной емкости, перечеркнутый знаком регулирования. Однако из этого обозначения не видно, какая из обкладок символизирует ротор, а какая — статор. Чтобы показать это на схеме, ротор изображают в виде дуги (рис. 5).

Рис. 5. Обозначение конденсаторов переменной емкости.

Основными параметрами КПЕ, позволяющими оценить его возможности при работе в колебательном контуре, являются минимальная и максимальная емкость, которые, как правило, указывают на схеме рядом с символом КПЕ.

В большинстве радиоприемников и радиопередатчиков для одновременной настройки нескольких колебательных контуров применяют блоки КПЕ, состоящие из двух, трех и более секций.

Роторы в таких блоках закреплены на одном общем валу, вращая который можно одновременно изменять емкость всех секцйй. Крайние пластины роторов часто делают разрезными (по радиусу). Это позволяет еще на заводе отрегулировать блок так, чтобы емкости всех секций были одинаковыми в любом положении ротора.

Конденсаторы, входящие в блок КПЕ, на схемах изображают каждый в отдельности. Чтобы показать, что они объединены в блок, т. е. управляются одной общей ручкой, стрелки, обозначающие регулирование, соединяют штриховой линией механической связи, как показано на рис. 6.

Каждый электрик должен знать:  Почему искрят щетки электродвигателя

Рис. 6. Обозначение сдвоенных конденсаторов переменной емкости.

При изображении КПЕ блока в разных, далеко отстоящих одна от другой частях схемы механическую связь не показывают, ограничиваясь тЬлько соответствующей нумерацией секций в позиционном обозначении (рис. 6, секции С 1.1, С 1.2 и С 1.3).

В измерительной аппаратуре, например в плечах емкостных мостов, находят применение так называемые дифференциальные конденсаторы (от лат. differentia — различие).


У них две группы статорных и одна — роторных пластин, расположенные так, что когда роторные пластины выходят из зазоров между пластинами одной группы статора, они в то же время входят между пластинами другой.

При этом емкость между пластинами первого статора и пластинами ротора уменьшается, а между пластинами ротора и второго статора увеличивается. Суммарная же емкость между ротором и обоими статорами остается неизменной. Такие «конденсаторы изображают на схемах, как показано на рис 7.

Рис. 7. Дифференциальные конденсаторы и их обозначение на схемах.

Подстроечные конденсаторы. Для установки начальной емкости колебательного контура, определяющей максимальную частоту его настройки, применяют подстроечные конденсаторы, емкость которых можно изменять от единиц пикофарад до нескольких десятков пикофарад (иногда и более).

Основное требование к ним — плавность изменения емкости и надежность фиксации ротора в установленном при настройке положении. Оси подстроечных конденсаторов (обычно короткие) имеют шлиц, поэтому регулирование их емкости возможно только с применением инструмента (отвертки). В радиовещательной аппаратуре наиболее широко применяют конденсаторы с твердым диэлектриком.

Рис. 8. Подстроечные конденсаторы и их обозначение.

Конструкция керамического подстроечного конденсатора (КПК) одного из наиболее распространенных типов показана на рис. 8,а. Он состоит из керамического основания (статора) и подвижно закрепленного на нем керамического диска (ротора).

Обкладки конденсатора—тонкие слои серебра — нанесены методом вжигания на статор и наружную сторону ротора. Емкость изменяют вращением ротора. В простейшей аппаратуре применяют иногда проволочные подстроечные конденсаторы.

Такой элемент состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1 . 2 и длиной 15 . 20 мм, на который плотно, виток к витку, намотан изолированный провод диаметром-0,2. 0,3 мм (рис. 8,б). Емкость изменяют отматыванием провода, а чтобы обмотка не сползла, ее пропитывают каким-либо изоляционным составом (лаком, кЛеем и т. п.).

Подстроечные конденсаторы обозначают на схемах основным символом, перечеркнутым знаком подстроечного регулирования (рис. 8,в).

Саморегулируемые конденсаторы

Используя в качестве диэлектрика специальную керамику, диэлектрическая проницаемость которой сильно зависит от напряженности электрического поля, можно получить конденсатор, емкость которого зависит от напряжения на его обкладках.

Такие конденсаторы получили название варикондов (от английских слов vari (able) — переменный и cond(enser) —конденсатор). При изменении напряжения от нескольких вольт до номинального емкость вариконда изменяется в 3—6 раз.

Рис. 9. Вариконд и его обозначение на схемах.

Вариконды можно использовать в различных устройствах автоматики, в генераторах качающейся частоты, модуляторах, для электрической настройки колебательных контуров и т. д.

Условное обозначение вариконда — символ конденсатора со знаком нелинейного саморегулирования и латинской буквой U (рис. 9,а).

Аналогично построено обозначение термоконденсаторов, применяемых в электронных наручных часах. Фактор, изменяющий емкость такого конденсатора—температуру среды — обозначают символом t°(pис. 9, б). Вместе с тем что такое конденсатор часто ищут что такое резистор?

Литература: В.В. Фролов, Язык радиосхем, Москва, 1998.

Электрические конденсаторы. Определение, классификация, применение.

Конденсатор – это устройство, которое может накапливать электрический заряд при подключении к постоянному источнику электроэнергии. Иллюстрацией простейшего конденсатора могут послужить две металлические пластинки, разделенные диэлектриком.

Такое свойство этих простых электрических устройств используют в фотовспышках, некоторых видах генераторов, электромагнитных ускорителях, компьютерной памяти. Они бывают разных видов и типов.

Классификация конденсаторов

Эти электрические устройства отличаются типом диэлектрика и способностью к изменению своей емкости. В конденсаторах используют следующие типы диэлектриков:

• твердые минералы (керамика, слюда, стекло);

• твердые материалы органического происхождения (пленка, бумага);

• аноды из танталовой, ниобиевой, алюминиевой фольги.

Емкость конденсаторов может быть как стабильной, так и переменной. Также существует промежуточное звено – подстроечные конденсаторы. Их емкость регулируется только один раз, перед началом эксплуатации оборудования.

Основные характеристики

Несмотря на свое разнообразие, все конденсаторы обладают схожим набором характеристик. Основной параметр – это емкость. Емкость характеризует размер электрического заряда, который способен эффективно накопить конденсатор. Несколько конденсаторов можно объединять с помощью параллельного соединения. Такая система будет повышенной итоговой емкостью. Она будет равна общей сумме емкостей всех отдельных составных частей системы.

Важно выбрать правильно емкость конденсатора:

На практике чаще используют термин удельной емкости. Эта характеристика показывает возможность накопления электрического заряда на единицу веса устройства.

Еще один важный параметр – энергетическая плотность. Чем больше конденсатор, тем она выше. Этот параметр играет важную роль в системах, где требуется мгновенное высвобождение энергии (пушка Гаусса, фотовспышка).

Номинальное напряжение конденсатора, говорит об комфортных условиях работы этого электрического устройства. Только при номинальном уровне напряжения можно гарантировать работу конденсатора на протяжении всего срока службы. Значение этой характеристики также зависит и от температуры окружающего пространства. Чем она больше, тем ниже допустимое напряжение.

Если конденсатор эксплуатировать в условиях повышенного напряжения, то возможно его разрушение.

Преимущества и недостатки разных видов конденсаторов

Использование органического диэлектрика позволяет создавать недорогую и эффективную продукцию. Такие конденсаторы обладают следующими преимуществами:

• стабильные и высокие электрические характеристики при соблюдении небольших габаритов;

• небольшие потери энергии;

• выдерживают высокие токи;

• не содержат редких или драгоценных металлов – снижается стоимость;

• большое разнообразие форм и размеров.

Бумажные и пленочные конденсаторы, пожалуй, самые распространенные устройства из этой группы.

Конденсаторы, в которых используется твердый неорганический диэлектрик обычно дороже своих органических «собратьев». Это с лихвой компенсируется их лучшей температурной, радиационной, химической стойкостью. В целом такие устройства намного надежнее.

Независимо от типа конденсатора, схемы подключения у них одинаковые:

Сфера применения

Сложно назвать хотя бы одну область электротехники, где не используются конденсаторы. Так, практически ни одно современное бытовое устройство не обходится без танталовых конденсаторов. Они применяются в:

• автомобилях (ABS, управление фарами, контроль уровня масла, дистанционное открытие/закрытие дверей, навигационная система);

• компьютерах, ноутбуках, телефонах;

• «умной» бытовой технике (стиральные машины, кофеварки, кондиционеры, посудомойки).

Ионистры (конденсаторы с двойным электрическим слоем) нужны в:

• автомобилях (стартер, система запирания дверей);

• системах аварийного освещения;

• элементах, которые используют солнечную энергию.

Без конденсаторов не обходятся ускорители заряженных частиц, лазеры, электромагнитные усилители. Эти же устройства могут ограничивать силу тока в цепи или осуществлять пуск асинхронного электродвигателя. Конденсаторы – один из «китов» современной электротехники.

Виды электрических конденсаторов

Конструктивно любой конденсатор можно представить двумя токопроводящими областями (обычно это пластины), на которых скапливаются электрические заряды противоположных знаков и зоны диэлектрика между ними. Используемые для них материалы и размеры пластин с различными свойствами изолирующего слоя влияют на электрические характеристики конструкции и область ее применения. Также они определяют варианты классификации.

Конденсаторы для общего назначения широко распространены, используются во многих сферах, особенно в радиоэлектронике. К ним не предъявляют особых требований по условиям эксплуатации. А вот модели специального назначения должны надежно работать при определенном значении напряжения, частоты, импульсах тока, больших электромагнитных помехах или увеличенных токах при запуске двигателей и других специальных факторах.

Принципы классификации по регулированию емкости

Основным критерием конденсатора является его емкость. Характер ее изменения определяет механическую конструкцию.

Модели постоянной емкости не могут изменять ее при работе, этим занимаются специально созданные изделия с переменной емкостью и различными способами управления:

механическим регулированием взаимного расположения пластин;

отклонением питающего напряжения;

нагревом или охлаждением.

Конденсаторы подстроечные не созданы для длительной, постоянной работы в схеме с оперативной настройкой емкости. Их назначение — первоначальная наладка и периодическая корректировка параметров электрических цепей с малым диапазоном регулирования емкости.

Нелинейные конденсаторы изменяют емкость в зависимости от значения приложенного напряжения или температуры рабочей среды, но не по прямолинейной зависимости. Варикондами называют конструкции, у которых емкость зависит от разности потенциалов. приложенной к обкладкам, а термоконденсаторами — от нагрева или охлаждения.

Принципы классификации по способам монтажа и защиты от внешних воздействий

Конденсаторы с конструкцией для навесного монтажа отличаются большим разнообразием выполненных выводов, которые могут быть созданы:

из мягкого или жесткого сплава;

с аксиальным либо радиальным расположением;

прямоугольного ленточного сечения;

с опорным винтом;

под проходную шпильку;

с креплением посредством винта или болта.

Конденсаторы, созданные для печатного монтажа , выпускаются с неупругими круглыми выводами для удобного размещения на платах с электронными деталями.

Устройства, предназначенные для поверхностного монтажа , принято обозначать индексом «SDM». Их особенность заключается в том, что выводами обкладок служат части корпуса.

Конденсаторы серии Snap in (с защелкивающимися выводами) относятся к последним современным разработкам. Они снабжены выводами, которые при установке в отверстия на плате жестко соединяются с ней. Это сделано для удобства из пайки.

Модели, снабженные выводами под винт , имеют резьбу для подключения к схеме. их используют в силовых цепях и блоках питания, работающих с большими токами. Такие выводы легко закреплять на радиаторах для уменьшения тепловых нагрузок.

Незащищенные конденсаторы предназначены для работы в обычных условиях, а защищенные — при повышенной влажности.

Неизолированные конденсаторы от изолированных отличаются диэлектрическими свойствами корпуса и возможностями касания шасси прибора или токоведущих частей схемы.

У уплотненных моделей корпус заполнен органическими материалами.

Герметизированные конденсаторы снабжены корпусом, изолирующим внутреннее рабочее пространство от воздействия окружающей среды.

Принципы классификации по виду диэлектрика

Качественные свойства диэлектрика у конденсатора влияют на величину сопротивления изоляции между обкладками, а, следовательно, на стабильность сохранения емкости, допускаемые потери и другие электрические характеристики.

Изделия с органическим диэлектриком изготовлены на основе различных марок конденсаторной бумаги, пленок и их сочетаний.

Помехоподавляющие конструкции ослабляют помехи электромагнитного поля, обладают низкой индуктивностью.

Дозиметрические модели созданы для восприятия слабого уровня токовых нагрузок, обладают маленьким саморазрядом и значительным сопротивлением у изоляции.

Деление на высоковольтные и низковольтные конденсаторы немного условно. За критическую величину определения их границ принято напряжение порядка 1600 вольт.

У импульсных высоковольтных изделий диэлектриком служит бумага или комбинированные материалы, а для конструкций постоянного напряжения подбирается полистирол, бумага, политетрафторэтилен и их сочетания.

За определение границы работы низковольтных конденсаторов по частоте принято значение 104…105…107 Гц.

Низкочастотные конденсаторы диэлектриком используют полярные или слабополярные органические пленки с тангенсом угла диэлектрических потерь, зависимым от частоты пропускаемого сигнала, а высокочастотные на основе полистирольных и фторопластовых пленок имеют характеристики, не подверженные влиянию частоты проходящего сигнала.

Модели с неорганическим диэлектриком используют слюду, стекло, керамику, стеклоэмаль и стеклокерамику. У них на диэлектрик наносится тонкий слой металла в форме фольги либо проводится его напыление.

Оксидные конденсаторы еще имеют второе название — электролитические . Они имеют диэлектрик из оксидного слоя, созданный электрохимическим методом на аноде из металла: алюминия, тантала или ниобия. Их катод — жидкий электролит, наполняющий тканевую или бумажную прокладку у конструкций из алюминия или тантала. В оксидно-полупроводниковых моделях на основе двуокиси марганца электролит бывает гелеобразным или жидким.

Конденсаторы с диэлектриком на основе газа, воздуха или вакуума могут быть созданы с постоянной или регулируемой емкостью. Они обладают низкой величиной тангенса угла диэлектрических потерь и самыми стабильными электрическими параметрами. Поэтому их используют в высоковольтной и высокочастотной аппаратуре.

Вакуумные конденсаторы отличаются простотой устройства, меньшими потерями, лучшей температурной стабильностью, устойчивостью к вибрациям.

Также конденсаторы классифицируют по форме обкладок. Они создаются:

Виды конденсаторов


Узнав, что же такое конденсатор, рассмотрим, какие бывают виды конденсаторов.

Итак, виды конденсаторов можно классифицировать по нескольким признакам:

  • по назначению;
  • по характеру изменения емкости;
  • по способу монтажа;
  • по характеру защиты от внешних воздействий.

Иногда в литературе термин «виды конденсаторов» меняют на «группы конденсаторов», что одинаково по своему смысловому значению.

Классификация видов конденсаторов показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Виды конденсаторов.

Рассмотрим более подробно виды конденсаторов, а точнее характеристики видов конденсаторов.

Конденсаторы общего назначения – конденсаторы, применяемые в большинстве видов радиоэлектронной аппаратуры. К конденсаторам этого вида не применяются особые требования.

Конденсаторы специального назначения – конденсаторы, к которым предъявляются особые требования (по напряжению, частоте, виду действующих сигналов и т.д.) в зависимости от той цепи, где они установлены. Например к данному виду конденсаторов относятся: импульсные, высоковольтные, пусковые, помехоподавляющие, а так же и другие конденсаторы.

Конденсаторы постоянной емкости – это конденсаторы, чья емкость является фиксированной и в процессе эксплуатации аппаратуры не меняется.

Конденсаторы переменной емкости – применяются в цепях, где требуется изменение емкости в процессе эксплуатации. При этом изменение емкости может производится различными способами: механически, путем изменения управляющего напряжения, изменением температуры окружающей среды.

Подстроечные конденсаторы – не применяются в цепях с оперативным изменением емкости. В основном их используют для первоначальной настройки аппаратуры или периодической подстройки цепей, где требуется малый диапазон изменения емкости.

Конденсаторы, используемые для печатного монтажа – это конденсаторы которые применяются в аппаратуре с обычными печатными платами с отверстиями для выводов радиокомпонентов. У таких конденсатов выводы изготовлены из проволоки круглого сечения.

Конденсаторы, используемые для навесного монтажа. Этот вид конденсаторов очень многообразен по исполнению выводов. Здесь могут использоваться мягкие и жесткие выводы, радиальные или аксиальные выводы, выводы, изготовленные из ленты или проволоки круглого сечения, а так же с выводами в виде опорных винтов и проходных шпилек (проходные конденсаторы). К конденсаторам для навесного монтажа можно отнести более современные конденсаторы с выводами под винт.

Конденсаторы, используемые для поверхностного монтажа( SDM-конденсаторы). Отдельно необходимо выделить SDM-конденсаторы, так как они находят все большее и большее применение в современной радиоэлектронной аппаратуре. Другое название таких конденсаторов – безвыводные. У этого вида конденсаторов в качестве выводов используются части его копруса.

Конденсаторы с защёлкивающимися выводами (Snap in). Вид современных конденсаторов, в которых выводы изготовлены таким образом, что при установки в отверстия платы они жестко «защелкиваются», это позволяет качественно и с удобствами осуществить их пайку.

Конденсаторы с выводами под винт. Интересный вид конденсаторов для поверхностного монтажа. В выводах конденсаторов этого вида нарезана резьба. В основном эти конденсаторы применяются в блоках питания, где преобладает ток большой величины и необходимо надежно подключить выводы к силовым проводам. Использование выводов под винт так же делает возможным установку конденсатора на радиатор.

Незащищенные конденсаторы – вид конденсаторов, который не допускают к работе в условиях повышенной влажности. Возможно эксплуатация этих конденсаторов в составе герметизированной аппаратуры.

Защищенные конденсаторы – могут работать в условия повышенной влажности.

Неизолированные конденсаторы – при использовании этого вида конденсаторов не допускается касания их корпусом шасси аппаратуры.

Изолированные конденсаторы – имеют хорошо изолированный корпус, что делает возможным касания шасси аппаратуры или ее токоведущих поверхностей.

Уплотненные конденсаторы – в конденсаторах этого вида используется корпус, уплотненный органическими материалами.

Герметизированные конденсаторы – эти конденсаторы имеют герметизированный корпус, что исключает взаимодействие внутренней конструкции конденсатора с окружающей средой.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Керамический конденсатор, состав, типы, свойства и применение

Керамический конденсатор является наиболее широко используемым конденсатором и доступен в различных составах и типах, подходящих для различных применений и свойств. Вы можете увидеть это почти на каждой печатной плате. Они также известны как дисковые конденсаторы.

Советуем вам посмотреть и узнать больше про конденсатор в статье по ссылке выше, а также про диэлектрик в конденсаторе.

Состав керамического конденсатора

Как следует из названия, этот конденсатор использует керамику в качестве диэлектрического материала. Они изготовлены с использованием керамического или фарфорового диска, покрытого с обеих сторон тонким слоем серебра. Керамика является одним из первых материалов, используемых для изготовления конденсаторов.

Именно расположение и свойства керамического вещества характеризуют функциональные аспекты этих конденсаторов. Купить керамические конденсаторы вы можете на Алиэкспресс:

Типы керамического конденсатора

Он широко классифицируется на три основных класса. Чем ниже класс, тем выше его производительность. Эти три класса:

Керамический конденсатор класса I

Этот класс керамических конденсаторов обеспечивает большую стабильность значения емкости при изменении температуры, напряжения и частоты. Их точность довольно высока.

Керамический конденсатор класса II

Этот тип керамического конденсатора обеспечивает большую эффективность с точки зрения размера. Они имеют высокую емкость на объем. Они лучше всего подходят для использования в качестве развязывающего конденсатора или в качестве буфера.

Керамический конденсатор класса III

Они почти такие же, как керамические конденсаторы класса II. Однако им не хватает точности и они нестабильны как класс II с точки зрения изменения температуры.

Свойства керамического конденсатора

Различные свойства керамических конденсаторов следующие:

Диэлектрическая проницаемость (K) керамического конденсатора

Они обладают высокой диэлектрической проницаемостью (К). Это свойство позволяет им обеспечивать высокое значение емкости даже при его небольших размерах.

Влияние на емкость при изменении температуры

Емкость этих конденсаторов изменяется нелинейно с изменением температуры. По этой причине они лучше всего подходят для использования в качестве развязывающих конденсаторов или байпасных конденсаторов.

Неполяризация в керамическом конденсаторе

Они не поляризованы. Это означает, что в этом типе конденсаторов нет проблем с полярностью. Они могут быть подключены к цепи с любой стороны.

Бюджетный

Их стоимость изготовления очень низкая.

Различные размеры

Они доступны в небольших размерах. Поэтому пространство для этого в цепи не вызывает беспокойства.

Надежность

Они очень надежны и обладают высокой переносимостью. Шансы на повреждение также меньше.

Диапазон емкости керамического конденсатора

Они доступны в различных значениях емкости от нескольких пФ до 1/2 мкФ.

Номинальное напряжение керамического конденсатора

Они доступны с переменным номинальным напряжением. Обычно они имеют низкое напряжение. Однако керамические конденсаторы MLCC имеют более высокое номинальное напряжение, чем электролитические конденсаторы.

Применение Керамического Конденсатора

Эти конденсаторы имеют много применений, таких как:

  • Резонансная схема в передающих станциях
  • Высоковольтные лазерные источники питания
  • Печатные платы высокой плотности
  • Минимизация радиочастотного шума
  • Силовые выключатели
  • Индукционные печи

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Конденсаторы.

Э лектрические конденсаторы служат для накопления электроэнергии. Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин — обкладок и диэлектрика находящегося между ними. Если к конденсатору подключить источник питания, то на обкладках возникнут разноименные заряды и появится электрическое поле притягивающее их на встречу, друг к другу. Эти заряды остаются после отключения источника питания, энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками.

Емкость конденсатора зависит от площади обкладок, расстояния между ними, а также величины электрической проницаемости диэлектрика, расположенного между ними — свойства присущего любому диэлектрику. Проще всего рассчитывается емкость плоского конденсатора. Если линейные размеры пластин-обкладок значительно превышают расстояние между ними то справедлива формула:

e — это величина электрической проницаемости диэлектрика, расположенного между обкладками.
S — площадь одной из обкладок(в метрах).
d — расстояние между обкладками(в метрах).
C — величина емкости в фарадах.

Что такое фарада? У конденсатора емкостью в одну фараду, напряжение между обкладками поднимается на один вольт, при получении электрической энергии количеством в один кулон. Такое количество энергии протекает через проводник в течении одной секунды, при токе в 1 ампер. Свое название фарада получила в честь знаменитого английского физика — М. Фарадея.
1 Фарада — это очень большая емкость. В обыденной практике используют конденсаторы гораздо меньшей емкости и для обозначения применяются производные от фарады:
1 Микрофарада — одна миллионная часть фарады.10 -6
1 нанофарада — одна миллиардная часть фарады. 10 -9
1 пикофарада -10 -12 фарады.

На электрической схеме конденсаторы обозначаются в виде двух стилизованных обкладок.

Таким образом обозначаются подстроечные конденсаторы и конденсаторы переменной емкости.

Конструкция этих приборов позволяет им плавно изменять емкость, путем механического изменения расстояния между обкладками.
Отличие их между собой в том, что переменные конденсаторы предназначены для многократного изменения емкости в ходе работы устройств а подстроечные — для однократной настройки, в ходе первоначальной наладки.

Конденсаторы применяются для сглаживания пульсаций, как средство межкаскадной связи в усилителях переменных сигналов, фильтрации помех, настройки колебательных контуров, в качестве аварийных источников питания и. т. д. Электрические характеристики конденсаторов зависят от их конструкции и свойств применяемых материалов.

Каждый электрик должен знать:  Можно ли собирать электрощит без лицензии

Выбирая конденсаторы для разработки конкретного устройства необходимо учитывать следующие параметры:
а) Требуемое значение емкости конденсатора (мкФ, нФ, пФ).
б) Рабочее напряжение конденсатора (то максимальное значение напряжения, при котором конденсатор может работать длительно без изменения своих параметров).
в) Требуемую точность (возможный разброс значений емкости конденсатора).
г) температурный коэффициент емкости (зависимость емкости конденсатора от температуры окружающей среды),
д) стабильность конденсатора,
е) ток утечки диэлектрика конденсатора при номинальном напряжении и данной температуре. (Может быть указано сопротивление диэлектрика конденсатора.)

Таблица 1.
Характеристики керамических, электролитических конденсаторов и конденсаторов на основе металлизированной пленки.

Параметр конденсатора Тип конденсатора
Керамический Электролитический На основе металлизированной пленки
Диапазон изменения емкости конденсаторов От 2,2 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 68000 мкФ 1 мкФ до 16 мкФ
Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 10 и ± 20 ±10 и ±50 ± 20
Рабочее напряжение конденсаторов, В 50 — 250 6,3 — 400 250 — 600
Стабильность конденсатора Достаточная Плохая Достаточная
Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -85 до +85 От -40 до +85 От -25 до +85

В керамических конденсаторах диэлектриком является высококачественная керамика: ультрафарфор,тиконд,ультрастеатит и др. Обкладкой служит слой серебра, нанесенный на поверхность. Керамические конденсаторы применяются в разделительных цепях усилителей высокой частоты.

В электролитических полярных конденсаторах диэлектриком служит слой оксида, нанесенный на металлическую фольгу. Другая обкладка образуется из пропитанной электролитом бумажной ленты.

В твердотельных оксидных конденсаторах жидкий диэлектрик заменен специальным токопроводящим полимером. Это позволяет увеличить срок службы(и надежность). Недостатками твердотельных оксидных конденсаторов являются более высокая цена и ограничения по напряжению(до 35 в).

Оксидные электролитические и твердотельные конденсаторы отличаются большой емкостью, при относительно малых размерах. Эта их особенность определяется тем, что толщина оксида — диэлектрика очень мала.

При включении оксидных конденсаторов в цепь, необходимо соблюдать полярность. В случае нарушения полярности, электролитические конденсаторы взрываются, твердотельные — просто выходят из строя. Что бы полностью избежать возможности взрыва(у электролитических конденсаторов), некоторые модели снабжаются предохранительными клапанами(отсутствуют у твердотельных). Область применения оксидных (электролитических и твердотельных) конденсаторов — разделительные цепи усилителей звуковой частоты, сглаживающие фильтры источников питания постоянного тока.

Конденсаторы на основе металлизированной пленки применяются в высоковольтных источниках электропитания.

Таблица 2.
Характеристики слюдяных конденсаторов и конденсаторов на основе полиэстера и полипропилена.

Параметр конденсатора Тип конденсатора
Слюдяной На основе полиэстера На основе полипропилена
Диапазон изменения емкости конденсаторов От 2,2 пФ до 10 нФ От 10 нФ до 2,2 мкФ От 1 нФ до 470 нФ
Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 1 ± 20 ± 20
Рабочее напряжение конденсаторов, В 350 250 1000
Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Хорошая
Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -40 до +85 От -40 до +100 От -55 до +100

Слюдяные конденсаторы изготавливаются путем прокладывания между обкладками из фольги слюдяных пластин, или наоборот — металлизацией слюдяных пластин. Слюдяные конденсаторы находят применение в звуковоспроизводящих устройствах, фильтрах высокочастотных помех и генераторах. Конденсаторы на основе полиэстера — это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в высоковольтных цепях постоянного тока.

Таблица 3.
Характеристики слюдяных конденсаторов на основе поликарбоната, полистирена и тантала.

На основе поликарбоната

На основе полистирена

На основе тантала

Диапазон изменения емкости конденсаторов От 10 нФ до 10 мкФ От 10 пФ до 10 нФ От 100 нФ до 100 мкФ Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % ± 20 ± 2,5 ± 20 Рабочее напряжение конденсаторов, В 63 — 630 160 6,3 — 35 Стабильность конденсатора Отличная Хорошая Достаточная Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С От -55 до +100 От -40 до +70 От -55 до +85

Конденсаторы на основе поликарбоната используются в фильтрах, генераторах и времязадающих цепях. Конденсаторы на основе полистирена и тантала используются тоже, во времязадающих и разделительных цепях. Они считаются конденсаторами общего назначения.
В металлобумажных конденсаторах общего назначения, обкладки изготавливаются путем напыления металла на бумагу пропитанную специальным составом и покрытые тонким слоем лака.

Необходимо помнить, что следует выбирать конденсаторы с повышенным номинальным напряжением при возрастании температуры окружающей среды,создавая больший запас по напряжению, для обеспечения высокой надежности.

Если задано максимальное постоянное рабочее напряжение конденсатора, то это относится к максимальной температуре (при отсутствии дополнительных оговорок). Поэтому, конденсаторы всегда работают с определенным запасом надежности. И все-же, желательно обеспечивать их реальное рабочее напряжение на уровне 0,5—0,6 номинального.

Если для конденсатора оговорено предельное значение переменного напряжения, то это относится к частоте (50-60) Гц. Для более высоких частот или в случае импульсных сигналов следует дополнительно снижать рабочие напряжения во избежание перегрева приборов из-за потерь в диэлектрике.

Конденсаторы большой емкости с малыми токами утечки способны долго сохранять накопленный заряд после выключения аппаратуры. Что бы обеспечить более быстрый их разряд, для большей безопасности, следует подключить параллельно конденсатору резистор сопротивлением 1 МОм (0,5 Вт).

В высоковольтных цепях нередко применяют последовательное включение конденсаторов. Для выравнивания напряжений на них, необходимо параллельно каждому конденсатору дополнительно подключить резистор сопротивлением от 220 к0м до 1 МОм.

Для защиты от помех, в цифровых устройствах применяется шунтирование по питанию с помощью пары — электролитический конденсатор большей емкости + слюдяной, либо керамический — меньшей. Электролитический конденсатор шунтирует низкочастотные помехи, а слюдяной( или керамический) — высокочастотные.

Маркировка конденсаторов, знаковая и цветовая.


Цветовая маркировка конденсаторов.

Маркировка СМД (SMD) конденсаторов.

Маркировка конденсаторов с помощью численно-буквенного кода.

Маркировка конденсаторов может указывать на следующие параметры:
Тип конденсатора, его номинальную емкость, допустимое отклонение емкости, Температурный Коэффициент Емкости(ТКЕ), номинальное напряжение работы.

Порядок маркировки может быть разным — первой строкой может стоять номинальное напряжение, ТКЕ или фирменный знак производителя. ТКЕ может отсутствовать вовсе, номинальное напряжение тоже указываются не всегда! Практически всегда имеется маркировка номинальной емкости.
Что касается емкости, то имеются различные способы ее знаковой кодировки.
1. Маркировка емкости с помощью трех цифр.
При такой маркировке первые две цифры указывают на значение емкости в пикофарадах, а последняя на разрядность, т. е. количество нулей, которых к первым двум цифрам необходимо добавить. Но если последняя цифра — «9» происходит деление на 10.

Код Емкость(пФ) Емкость(нФ) Емкость(мкФ)
109 1,0(пФ) 0,001(нФ) 0,000001(мкФ)
159 1,5(пФ) 0,0015(нФ) 0,0000015(мкФ)
229 2,2(пФ) 0,0022(нФ) 0,0000022(мкФ)
339 3,3(пФ) 0,0033(нФ) 0,0000033(мкФ)
479 4,7(пФ) 0,0047(нФ) 0,0000047(мкФ)
689 6,8(пФ) 0,0068(нФ) 0,0000068(мкФ)
100 10(пФ) 0,01(нФ) 0,00001(мкФ)
150 15(пФ) 0,015(нФ) 0,000015(мкФ)
220 22(пФ) 0,022(нФ) 0,000022(мкФ)
330 33(пФ) 0,033(нФ) 0,000033(мкФ)
470 47(пФ) 0,047(нФ) 0,000047(мкФ)
680 68(пФ) 0,068(нФ) 0,000068(мкФ)
101 100(пФ) 0,1(нФ) 0,0001(мкФ)
151 150(пФ) 0,15(нФ) 0,00015(мкФ)
221 220(пФ) 0,22(нФ) 0,00022(мкФ)
331 330(пФ) 0,33(нФ) 0,00033(мкФ)
471 470(пФ) 0,47(нФ) 0,00047(мкФ)
681 680(пФ) 0,68(нФ) 0,00068(мкФ)
102 1000(пФ) 1(нФ) 0,001(мкФ)
152 1500(пФ) 1,5(нФ) 0,0015(мкФ)
222 2200(пФ) 2,2(нФ) 0,0022(мкФ)
332 3300(пФ) 3,3(нФ) 0,0033(мкФ)
472 4700(пФ) 4,7(нФ) 0,0047(мкФ)
682 6800(пФ) 6,8(нФ) 0,0068(мкФ)
103 10000(пФ) 10(нФ) 0,01(мкФ)
153 15000(пФ) 15(нФ) 0,015(мкФ)
223 22000(пФ) 22(нФ) 0,022(мкФ)
333 33000(пФ) 33(нФ) 0,033(мкФ)
473 47000(пФ) 47(нФ) 0,047(мкФ)
683 68000(пФ) 68(нФ) 0,068(мкФ)
104 100000(пФ) 100(нФ) 0,1(мкФ)
154 150000(пФ) 150(нФ) 0,15(мкФ)
224 220000(пФ) 220(нФ) 0,22(мкФ)
334 330000(пФ) 330(нФ) 0,33(мкФ)
474 470000(пФ) 470(нФ) 0,47(мкФ)
684 680000(пФ) 680(нФ) 0,68(мкФ)
105 1000000(пФ) 1000(нФ) 1,0(мкФ)

2. Второй вариант — маркировка производится не в пико, а в микрофарадах, причем вместо десятичной точки ставиться буква µ.

Код Емкость(мкФ) µ1 0,1 µ47 0,47 1 1,0 4µ7 4,7 10µ 10,0 100µ 100,0
Код Емкость(мкФ) p10 0,1пФ Ip5 0,47пФ 332p 332пФ 1HO или 1no 1нФ 15H или 15no 15,0нФ 33H2 или 33n2 33,2нФ 590H или 590n 590нФ m15 0,15МкФ 1m5 1,5мкФ 33m2 33,2мкФ 330m 330мкФ 10m 10,0мкФ

У советских конденсаторов вместо латинской «р» ставилось «п».

Допустимое отклонение номинальной емкости маркируется буквенно, часто буква следует за кодом определяющим емкость(той же строкой).

Буквенное
обозначение
Допуск(%)
B ± 0,1
C ± 0,25
D ± 0,5
F ± 1
G ± 2
J ± 5
K ± 10
M ± 20
N ± 30
Q -10. +30
T -10. +50
Y -10. +100
S -20. +50
Z -20. +80

Далее, может следовать(а может и отсутствовать!) маркировка Температурного Коэффициента Емкости(ТКЕ).
Для конденсаторов с ненормируемым ТКЕ кодировка производится с помощью букв.

Допуск при -60². +85²(%)
обозначение
Буквенный код
± 10 B
± 20 Z
± 30 D
± 50 X
± 70 E
± 90 F

Конденсаторы с линейной зависимостью от температуры.

ТКЕ(ppm/²C) Буквенный код
100(+130. -49) A
33 N
0(+30. -47) C
-33(+30. -80) H
-75(+30. -80) L
-150(+30. -105) P
-220(+30. -120) R
-330(+60. -180) S
-470(+60. -210) T
-750(+120. -330) U
-500(-250. -670) V
-2200 K

Далее следует напряжение в вольтах, чаще всего — в виде обычного числа.
Например, конденсатор на этой картинке промаркирован двумя строчками. Первая(104J) — означает, что его емкость составляет 0,1мкФ(104), допустимое отклонение емкости не превышает ± 5%(J). Вторая(100V) — напряжение в вольтах.

Кроме того, напряжение конденсаторов может быть так же, закодировано с помощью букв(см. таблицу ниже).

Напряжение (В) Буквеный код 1 I 1,6 R 3,2 A 4 C 6,3 B 10 D 16 E 20 F 25 G 32 H 40 C 50 J
63 K
80 L
100 N
125 P
160 Q
200 Z
250 W
315 X
400 Y
450 U
500 V

Маркировка СМД (SMD) конденсаторов.

Размеры СМД конденсаторов невелики, поэтому маркировка их производится весьма лаконично. Рабочее напряжение нередко кодируется буквой(2-й и 3-й варианты на рисунке ниже) в соответствии с данными предоставленными в предидущем разделе.
Номинальная емкость может кодироваться либо с помощью трехзначного цифрового кода(вариант 2 на рисунке), либо с использованием двухзначного буквенно-цифровой кода(вариант 1 на рисунке). При использовании последнего, на корпусе можно обнаружить таки две(а не одну букву) с одной цифрой(вариант 3 на рисунке).

Первая буква может является как кодом изготовителя(что не всегда интересно), так и указываеть на номинальное рабочее напряжение(более полезная информация), вторая — закодированным значением в пикоФарадах(мантиссой). Цифра — показатель степени(указывает сколько нулей необходимо добавить к мантиссе).
Например EA3 может означать, что номинальное напряжение конденсатора 16в(E) а емкость — 1,0 *1000 = 1 нанофарада, BF5 соответсвенно, напряжение 6,3в(В), емкость — 1,6* 100000 = 0,1 микрофарад и.т.д.

Буква Мантисса. A 1,0 B 1,1 C 1,2 D 1,3 E 1,5 F 1,6 G 1,8 H 2,0 J 2,2 K 2,4 L 2,7 M 3,0
N 3,3
P 3,6
Q 3,9
R 4,3
S 4,7
T 5,1
U 5,6
V 6,2
W 6,8
X 7,5
Y 8,2
Z 9,1
a 2,5
b 3,5
d 4,0
e 4,5
f 5,0
m 6,0
n 7,0
t 8,0

Цветовая кодировка керамических конденсаторов.

На корпусе конденсатора, слева — направо, или сверху — вниз наносятся цветные полоски. Как правило, номинал емкости оказывается закодирован первыми тремя полосками.
Каждому цвету, в первых двух полосках,соответствует своя цифра:
черный — цифра 0;
коричневый — 1;
красный — 2;
оранжевый — 3;
желтый — 4;
зеленый — 5;
голубой — 6;
фиолетовый — 7;
серый — 8;
белый — 9.
Таким образом, если например, первая полоска коричневая а вторая желтая, то это соответствует числу -14. Но это число не будет величиной номинальной емкости конденсатора, его еще необходимо умножить на множитель, закодированный третьей полоской.

В третьей полоске цвета имеют следующие значение:
оранжевый — 1000;
желтый — 10000;
зеленый — 100000.
Допустим, что цвет третьей полоски нашего конденсатора — желтый. Умножаем 14 на 10000, получаем емкость в пикофарадах -140000, иначе, 140 нанофарад или 0,14 микрофарад. Четвертая полоска обозначает допустимые отклонения от номинала емкости(точность), в процентах:
белый — ± 10 %;
черный — ± 20%.
Пятая полоска — номинальное рабочее напряжение. Красный цвет — 250 Вольт, желтый — 400.

Цветовая кодировка электролитических конденсаторов.

Что касается малогабаритных электролитических конденсаторов, то их номинальная емкость кодируется с помощью двух полосок и одного цветового пятна. Первая и вторая полоска определяет число, а пятно — множитель. Цветовая кодировка первых двух полосок у электролитических конденсаторов полностью соответствует маркировке конденсаторов керамических. Необходимо учитывать, лишь то, что величина емкости у «электролитов» получается в микрофарадах, а не пикофарадах как у керамических конденсаторов. Цвета пятна, означающего множитель:
черный — 1;
коричневый — 10;
красный — 100;
серый — 0,01;
белый — 0,1;
Например, цвет первой полоски голубой( цифра 6), второй — оранжевый( цифра 3), при коричневом цвете пятна( множитель — 10). Это означает 63*10= 630 микрофарада. Если у электролитического конденсатора присутствует третья полоска, то она определяет его номинальное напряжение:
белый цвет — 3 вольта;
желтый — 6,3 вольт;
черный — 10 вольт;
зеленый — 16 вольт;
голубой — 20 вольт;
серый — 25 вольт;
розовый — 35 вольт.

Советские бумажные конденсаторы.

Диэлектриком в бумажных конденсаторах служит тонкая, хорошо пропитанная изоляционным составом бумага,а проводящими электродами (обкладками) — тонкая металлическая фольга. Эти конденсаторы применялись во всех видах радиотехнической, электронной и измерительной аппаратуры. Они использовались в качестве развязывающих, разделительных, блокировочных и фильтрующих элементов в различных цепях с постоянным и переменным(низкочастотным)напряжением. Бумажные конденсаторы выпускались в разнообразном конструктивном оформлении, на различные номинальные емкости и напряжения. Наиболее широко использовались конденсаторы типов КБ (конденсаторы бумажные), КБГ(конденсаторы бумажные герметизированные), БМ(бумажные малогабаритные), БГМ(бумажные герметизированные малогабаритные).

Конденсаторы типа КБ.

Конденсаторы этого типа оформлены в цилиндрических бумажных корпусах различной длины и диаметра(в зависимости от емкости и напряжения) и имеют проволочные выводы. Они рассчитаны на работу в интервале температур от -40 до +60 и выпускались на номинальную емкость от 4700 пф до 0,5 мкф с допустимыми отклонениями ± 10 и ± 20% и рабочие напряжения 200, 400, и 600 в.

Сопротивление изоляции у этих конденсаторов в нормальных условиях (при температуре +20) составляет 500 — 2000Мом(большее сопротивление у конденсаторов с меньшей емкостью). При температуре +60 сопротивление изоляции уменьшается у них в несколько раз. Выпуск этих конденсаторов был прекращен более 30 лет назад.

Конденсаторы типа КБГ.

Конденсаторы этого типа выпускались на номинальную емкость от 470пф до 2мкф с допустимым отклонениями ± 5, ± 10, ± 20% и рабочие напряжения 200, 400, 600,1500 вольт. Они расcчитаны на работу в интервале температур от -60 до +70. Сопротивление изоляции не менее 10000 Мом для конденсаторов с емкостью до 0,2 мкф и не менее 2000 Мом * мкф для конденсаторов с большей емкостью.

По конструктивному оформлению конденсаторы типа КБГ разделяются на следующие четыре вида: КБГ-И( в цилиндрических керамических или стеклянных корпусах), КБГ-М (в цилиндрических металлических корпусах); КБГ-МП( в плоских металлических прямоугольных корпусах),КБГ-МН( в нормальных металлических корпусах).

Конденсаторы КБГ-И и КБГ-М выпускались на рабочее напряжения 200, 400, 600 вольт. Последние изготовлялись в двух вариантах: КБГ-М1, у которых один проволочный вывод изолирован от корпуса, а другой соединен с ним, и КБГ-М2 с двумя изолированными от корпуса проволочными выводами.

Конденсаторы КБГ-МП и КБГ-МН рассчитаны на те же рабочие напряжения и еще, кроме того, на напряжения 1000 и 1500 вольт. Они изготовлялись с одним, двумя или тремя изолированными от корпуса лепестковыми выводами и выводом, соединенном с корпусом.

Конденсаторы типа БМ.

Эти конденсаторы предназначались для использования «малогабаритной аппаратуре»(по тем временам, конечно) Они заключены в небольшие металлические корпуса цилиндрической формы и снабжены проволочными выводами.

Изготовлялись такие конденсаторы на номинальную емкость от 510 пикофарад, до 0,05 микрофарад, с допускаемым отклонением ± 10 и ± 20% и рабочие напряжения 150, 200 и 300 вольт.

Использование каких — либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт «Электрика это просто».

Общие сведения о конденсаторах

Читайте также:

  1. I Общие положения
  2. I. Общие положения
  3. I. Общие положения.
  4. I. Общие требования
  5. II. Индивидуальные и общие индексы
  6. II. Общие положения
  7. II.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  8. III. Местные и общие проявления кровотечений.
  9. III. Местные и общие проявления кровотечений.
  10. III. Организация вахты на мостике. Общие принципы организации вахты
  11. L Право на сообщение для всеобщего сведения.
  12. L Сведения о выдаче патента публикуются в официальном бюллетене.

Применение конденсаторов

План лекции

ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ

ЛЕКЦИЯ 2.7

1. Применение конденсаторов.

2. Общие сведения о конденсаторах.

3. Основные параметры конденсаторов.

Литература [8, 36-42]

Конденсаторы наряду с резисторами относятся к наиболее распространенным компонентам электронной аппаратуры. Конденсаторы используются практически во всех радиоэлектронных и электронно-вычислительных устройствах: в трактах систем радиосвязи, в схемах электропитания, в цепях автоматики и т. п. В отличие от резисторов конденсаторы во многих случаях не могут быть выполнены как элементы интегральных микросхем. Поэтому даже в современном компьютере, где интегральные микросхемы «поглотили» значительную часть резисторов, конденсаторы присутствуют как самостоятельные дискретные элементы.

Во всем мире производится большое количество конденсаторов различных типов. Разнообразие выпускаемых конденсаторов обусловлено различием требований к ним в зависимости от функций, выполняемых электронным устройством, условий эксплуатации и других факторов. Электролитические конденсаторы находят применение в источниках питания, цепях фильтрации и защиты. Бумажные и пленочные конденсаторы применяются в различных аналоговых и логических схемах. Керамические и слюдяные конденсаторы используются в высокочастотных и быстродействующих устройствах.

Конденсаторы имеют разнообразные конструкции, различаются используемыми в них материалами, электрическими параметрами, надежностью, стоимостью и другими характеристиками. Знание конструктивных отличий, электрических параметров и особенностей применения конденсаторов является необходимым для специалистов, занимающихся разработкой, эксплуатацией и ремонтом электронной аппаратуры.

2.7.2.1. Назначение и области применения

Конденсатор – это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком, и предназначенный для использования его электрической емкости.

Емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору:

C = Q / ∆j .

За единицу емкости в международной системе СИ принимают фарад или фараду (Ф) – емкость такого конденсатора, у которого потенциал возрастает на один вольт при сообщении ему заряда один кулон (Кл).

Для практических целей она слишком велика, поэтому на практике используют более мелкие единицы емкости:

— микрофараду (мкФ), 1 мкФ = 10 -6 Ф;

— нанофараду (нФ), 1 нФ = 10 -9 Ф

— пикофараду (пФ), 1 пФ = 10 -12 Ф.

Конструкции конденсаторов разнообразны. Однако в любом из них присутствуют следующие основные элементы:

— обкладки конденсатора (обычно обе они металлические);

— изолятор, разделяющий обкладки;

— выводы от обкладок;

— корпус или защитное покрытие.

В качестве изолятора используют воздушный или вакуумный зазор, различные неорганические и органические материалы.

Ниже представлена простейшая конденсаторная структура, содержащая перечисленные элементы.

Рис. 2.7.1. Простейшая конденсаторная структура

При необходимости увеличения емкости увеличивают поверхность диэлектрика, на который затем наносятся металлические обкладки. Подобная конструкция, так же как и предыдущая, обычно реализуется в конденсаторах с неорганическим (керамическим или другим) диэлектриком.

Рис. 2.7.2. Конденсаторная структура с развитой поверхностью

Для увеличения емкости конденсатора отдельные структуры соединяют в пакеты, образующие конденсаторные секции. Подобное решение характерно, например, для керамических слюдяных и некоторых других типов конденсаторов.

Рис. 2.7.3 Конденсаторная секция

Значительное число конденсаторов имеют конструкцию обкладок рулонного типа. Такой вариант встречается в бумажных, пленочных, оксидных электролитических и некоторых других типах конденсаторов.

Рис. 2.7.4 Конструкция обкладок рулонного типа

Как правило, конденсаторы классифицируют по следующим признакам:

— по характеру изменения емкости;

— по виду диэлектрика;

— по способу монтажа;

— по способу защиты от воздействия внешних факторов.

Необходимо отметить, что некоторые из указанных признаков более важны по сравнению с другими. Так, например, во многих случаях, характеризуя конденсатор, в первую очередь указывают вид диэлектрика и реже его назначение. Рассмотрим варианты классификации конденсаторов.

Классификация по характеру изменения емкости

По характеру изменения емкости конденсаторы делятся на:

— конденсаторы постоянной емкости;

— конденсаторы переменной емкости.

Конструкция конденсаторов постоянной емкости не предусматривает возможности перестройки. Большинство конденсаторов относятся именно к этой группе. Конструкция подстроечных конденсаторов предусматривает разовую или периодическую регулировку емкости, например при ремонтных или поверочных работах. Конструкция конденсаторов переменной емкости рассчитана на изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры. Конденсаторы переменной емкости обычно применяются в качестве элементов настройки резонансных контуров в радиоприемной и радиопередающей аппаратуре, в промышленных высокочастотных генераторах.

Классификация по назначению

По назначению конденсаторы подразделяются на:

— общего назначения (обычно низковольтные, без специальных требований);

— специальные (высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие и др.).

Назначение и особые свойства конденсаторов (пусковые, полярные, неполярные, помехоподавляющие, дозиметрические, нелинейные), а также возможность использования в различных цепях аппаратуры (низковольтных, высоковольтных, низкочастотных, высокочастотных, импульсных) зависят от вида использумого в них диэлектрика.

Дата добавления: 2014-01-20 ; Просмотров: 1116 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Добавить комментарий