Полезные материалы. Что такое конденсатор и для чего он нужен

Сегодня на рынке электронных компонентов существует много разных типов конденсаторов, и каждый тип обладает своими собственными преимуществам и недостатками. Некоторые способны работать при высоких напряжениях, другие отличаются значительной емкостью, у третьих мала собственная индуктивность, а какие-то характеризуются исключительно малым током утечки. Все эти факторы определяют области применения конденсаторов конкретных типов.

Рассмотрим, какие же бывают типы конденсаторов. Вообще их очень много, но здесь мы рассмотрим основные популярные типы конденсаторов, и разберемся, как этот тип определить.

Например К50-35 или К50-29, состоят из двух тонких полосок алюминия, скрученных в рулон, между которыми в качестве диэлектрика помещается пропитанная электролитом бумага. Рулон помещается в герметичный алюминиевый цилиндр, на одном из торцов которого (радиальный тип корпуса) или на двух торцах которого (аксиальный тип корпуса) располагаются контактные выводы. Выводы могут быть под пайку либо под винт.

Ёмкость электролитических конденсаторов измеряется микрофарадами, и может быть от 0.1 мкф до 100 000 мкф. Значительная емкость электролитических конденсаторов, по сравнению с другими типами конденсаторов, и является их главным преимуществом. Максимальное рабочее напряжение электролитических конденсаторов может достигать 500 вольт. Максимально допустимое рабочее напряжение, как и емкость конденсатора, указываются на его корпусе.

Есть у этого типа конденсаторов и недостатки. Первый из которых — полярность. На корпусе конденсатора отрицательный вывод помечен знаком минус, именно этот вывод должен быть, при работе конденсатора в схеме под более низким потенциалом, чем другой, или конденсатор не сможет нормально накапливать заряд, и скорее всего взорвется, или будет в любом случае испорчен, если долго держать его под напряжением неверной полярности.

Именно по причине полярности, электролитические конденсаторы применимы лишь в цепях постоянного или пульсирующего тока, но никак не напрямую в цепях переменного тока, только выпрямленным напряжением можно заряжать электролитические конденсаторы.

Второй недостаток конденсаторов этого типа — высокий ток утечки. По этой причине не получится использовать электролитический конденсатор для длительного хранения заряда, но он вполне подойдет в качестве промежуточного элемента фильтра в активной схеме.

Третьим недостатком является то, что емкость конденсаторов этого типа снижается с ростом частоты (пульсирующего тока), но эта проблема решается установкой на платах параллельно электролитическому конденсатору еще и керамического конденсатора сравнительно небольшой емкости, обычно в 10000 меньшей, чем у стоящего рядом электролитического.

Теперь поговорим о танталовых конденсаторах . Примером могут служить К52-1 или smd А. В их основе пентаоксид тантала. Суть в том, что при окислении тантала образуется плотная не проводящая оксидная пленка, толщину которой можно технологически контролировать.

Твердотельный танталовый конденсатор состоит из четырех основных частей: анода, диэлектрика, электролита (твердого или жидкого) и катода. Технологическая цепочка при производстве довольно сложна. В начале создают анод из чистого прессованного танталового порошка, который спекают в глубоком вакууме при температуре от 1300 до 2000°C, чтобы получилась пористая структура.

Затем, путем электрохимического окисления, на аноде формируют диэлектрик в виде пленки пентаоксида тантала, толщину которой регулируют меняя напряжение в процессе электрохимического окисления, в результате толщина пленки получается всего от сотен до тысяч ангстрем, но пленка имеет такую структуру, что обеспечивает высокое электрическое сопротивление.

Следующий этап — формирование электролита, которым выступает полупроводник диоксид марганца. Солями марганца пропитывают танталовый пористый анод, затем его подвергают нагреву, чтобы диоксид марганца появился на поверхности; процесс повторяют несколько раз до получения полного покрытия. Полученную поверхность покрывают слоем графита, затем наносят серебро — получается катод. Структуру затем помещают в компаунд.

Танталовые конденсаторы похожи свойствами на алюминиевые электролитические, однако имеют особенности. Их рабочее напряжение ограничено 100 вольтами, емкость не превышает 1000 мкф, собственная индуктивность у них меньше, поэтому применяются танталовые конденсаторы и на высоких частотах, достигающих сотен килогерц.

Недостаток их заключается в крайней чувствительности к превышению максимально допустимого напряжения, по этой причине танталовые конденсаторы выходят из строя чаще всего из-за пробоя. Линия на корпусе танталового конденсатора обозначает положительный электрод — анод. Выводные или SMD танталовые конденсаторы можно встретить на современных печатных платах многих электронных устройств.

Например типов К10-7В, К10-19, КД-2, отличаются относительно большой емкостью (от 1 пф до 0,47 мкф) при малых размерах. Их рабочее напряжение лежит в диапазоне от 16 до 50 вольт. Их особенности: малые токи утечки, низкая индуктивность, дающая им возможность работать при высоких частотах, а также малые размеры и высокая температурная стабильность емкости. Такие конденсаторы успешно работают в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока.

Тангенс угла потерь tgδ не превышает обычно 0,05, а максимальный ток утечки - не более 3 мкА. Керамические конденсаторы устойчивы в внешним факторам, таким как вибрация с частотой до 5000 Гц с ускорением до 40 g, многократные механические удары и линейные нагрузки.

Керамические дисковые конденсаторы широко применяются в сглаживающих фильтрах источников питания, при фильтрации помех, в цепях межкаскадной связи, и почти во всех радиоэлектронных устройствах.

Маркировка на корпусе конденсатора обозначает его номинал. Три цифры расшифровываются следующим образом. Если две первые цифры умножать на 10 в степени третьей цифры, то получится значение емкости данного конденсатора в пф. Так, конденсатор с маркировкой 101 имеет емкость 100 пф, а конденсатор с маркировкой 472 — 4,7 нф.

Например К10-17А или К10-17Б, в отличие от однослойных, имеют в своей структуре чередующиеся тонкие слои керамики и металла. Их емкость поэтому больше, чем у однослойных, и может легко достигать нескольких микрофарад. Максимальное напряжение также ограничено здесь 50 вольтами. Конденсаторы этого типа способны, так же как и однослойные, исправно работать в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока.

Способны работать при высоком напряжении от 50 до 15000 вольт. Их емкость лежит в диапазоне от 68 до 100 нф, и работать такие конденсаторы могут в цепях постоянного, переменного или пульсирующего тока.

Их можно встретить в сетевых фильтрах в качестве X/Y конденсаторов, а также в схемах вторичных источников питания, где они используются для устранения синфазных помех и поглощения шума если схема высокочастотная. Порой без применения этих конденсаторов, выход из строя устройства может угрожать жизни людей.

Особый тип высоковольтных керамических конденсаторов — конденсатор высоковольтный импульсный , применяемый для мощных импульсных режимов. Примером таких высоковольтных керамических конденсаторов являются отечественные К15У, КВИ и К15-4. Эти конденсаторы способны работать под напряжением до 30000 вольт, а высоковольтные импульсы могут следовать с высокой частотой, до 10000 импульсов в секунду. Керамика обеспечивает надежные диэлектрические свойства, а особая форма конденсатора и расположение обкладок препятствует пробою снаружи.

Такие конденсаторы весьма популярны в качестве контурных в мощной радиоаппаратуре и очень приветствуются, например, тесластроителями (для конструирования на искровом промежутке или на лампах, - SGTC, VTTC).

Например K73-17 или CL21, на основе металлизированной пленки широко применяются в импульсных блоках питания и электронных балластах. Их корпус из эпоксидного компаунда придает конденсаторам влагостойкости, теплостойкости и делает их устойчивыми к воздействию агрессивных сред и растворителей.

Полиэстеровые конденсаторы выпускаются емкостью от 1 нф до 15 мкф, и рассчитаны на напряжение от 50 до 1500 вольт. Их отличает высокая температурная стабильность при высокой емкости и небольших размерах. Цена полиэстеровых конденсаторов не высока, поэтому они весьма популярны во многих электронных устройствах, в частности в балластах энергосберегающих ламп.

Маркировка конденсатора содержит на конце букву, обозначающую допуск по отклонению емкости от номинальной, а также букву и цифру в начале маркировки, обозначающие допустимое максимальное напряжение, например 2А102J - конденсатор на максимальное напряжение 100 вольт, емкостью 1 нф, допустимое отклонение емкости +-5%. Таблицы для расшифровки маркировки можно легко найти в интернете.

Широкий диапазон емкостей и напряжений, дает возможность использования полиэстеровых конденсаторов в цепях постоянного, переменного и импульсного токов.

Полипропиленовые конденсаторы , например К78-2, в отличие от полиэстеровых, в качестве диэлектрика имеют полипропиленовую пленку. Конденсаторы этого типа выпускаются емкостью от 100 пф до 10 мкф, а напряжение может достигать 3000 вольт.

Преимущество этих конденсаторов заключается не только в высоком напряжении, но и в чрезвычайно низком тангенсе угла потерь, поскольку tgδ может не превышать 0,001. Такие конденсаторы широко используются, например, в индукционных нагревателях, и могут работать на частотах измеряемых десятками и даже сотнями килогерц.

Отдельного упоминания заслуживают пусковые полипропиленовые конденсаторы , такие например, как CBB-60. Эти конденсаторы используют для пуска асинхронных двигателей переменного тока. Они наматываются металлизированной полипропиленовой пленкой на пластиковый сердечник, затем рулон заливается компаундом.

Корпус конденсатора выполнен из материала не поддерживающего горение, то есть конденсатор полностью пожаробезопасный и подходит для работы в тяжелых условиях. Выводы могут быть как проводными, так и под клеммы и под болт. Очевидно, конденсаторы этого типа предназначены для работы на промышленной сетевой частоте.

Пусковые конденсаторы выпускаются на переменное напряжение от 300 до 600 вольт, а диапазон типичных емкостей — от 1 до 1000 мкф.

Андрей Повный

Конденсаторы

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.

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

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.

Обозначается так.

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 ёмкость – 22 мкФ (22) , номинальное напряжение – 16 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.

К атегория:

Производство радиоаппаратуры

Конденсаторы постоянной емкости

Конденсаторы постоянной емкости применяют в различных схемах для разделения переменной и постоянной составляющих тока и сглаживания пульсации напряжений выпрямителя. В сочетании с другими элементами схем конденсаторы образуют резонансные контуры, широко используемые в радиоаппаратуре.

Конденсаторы постоянной емкости классифицируют по величине номинальной емкости, классу точности, номинальному рабочему напряжению, назначению, материалу диэлектрика и по конструктивным признакам.

Номинальные величины емкостей конденсаторов установлены ГОСТ 2519 - 60.

При изготовлении конденсаторов действительное значение емкости отличается от номинального, обозначенного в маркировке. Допустимое отклонение емкости от номинального называется допуском. По этому принципу все конденсаторы разделяют на пять классов: 0, 1, II, III , IV, допуски их соответственно составляют ±2%; ±5%; ±10%; ±20% и от - 20 до + 50%.

В зависимости от назначения различают контурные, разделительные, блокировочные и фильтровые конденсаторы.

По материалу диэлектрика конденсаторы делят на слюдяные, керамические, бумажные, металлобумажные, бумаго-масляные, пленочные, стеклоэмалевые, стеклокерамические, электролитические, воздушные, вакуумные, газонаполненные.

По конструктивному признаку конденсаторы подразделяют на трубчатые, дисковые, бочоночные, горшковые, опрессованные и герметизированные, плоские и цилиндрические и т. д.

Независимо от вида конденсатор характеризуется рабочим напряжением. Рабочим напряжением называется напряжение, под которым обкладки конденсатора могут длительно находиться без пробоя разделяющего их диэлектрика. Рабочее напряжение выражают в вольтах.

Большое значение для нормальной работы конденсатора имеет сопротивление его изоляции. При малом сопротивлении изоляции возникают утечки, нарушающие нормальную работу схемы. Потери в конденсаторе характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь, выражающим отношение мощности активных потерь к реактивной мощности конденсатора.

В маломощных конденсаторах потери энергии в основном вызываются проводимостью диэлектрика и диэлектрическим гистерезисом, т. е. потерями на поворот полярных молекул в направлении поля при приложении напряжения к обкладкам. Потери в обкладках и выводах малы, поэтому ими обычно пренебрегают.

Одной из важнейших характеристик конденсатора является стабильность - неизменность величины емкости конденсатора во время работы. Изменение емкости может быть как временным, так и необратимым. Основным фактором, влияющим на стабильность емкости конденсатора, является воздействие температуры окружающей среды и нагрев конденсатора за счет рассеиваемой на нем мощности. При повышении температуры увеличиваются геометрические размеры материала, что и влечет за собой временное (до возвращения температуры к первоначальному значению) изменение емкости.

Однако повышение температуры может привести и к необратимым изменениям емкости. Например, в конденсаторе может произойти перегруппировка воздушных зазоров между обкладками и диэлектриком. Необратимое изменение емкости происходит также вследствие старения диэлектрика, которое заключается в изменении его диэлектрической проницаемости.

Меры борьбы против изменения емкости конденсаторов - пропитка их специальными составами (касторовое масло, церезин, вазелин и т. д.) и серебрение пластинок слюды вместо применения металлической фольги. В особо ответственных случаях конденсаторы герметизируют.

При маркировке конденсаторов указывают тип, номинальное рабочее напряжение, номинальную емкость (в пикофарадах или микрофарадах), класс точности (допустимое отклонение от номинальной емкости в процентах).

Слюдяные и стеклоэмалевые конденсаторы имеют дополнительные указания на принадлежность к группе ТКЕ (температурный коэффициент емкости) в виде букв А, Б, В, Г для слюдяных и Р, О, М, П для стеклоэмалевых. Температурный коэффициент емкости керамических конденсаторов обозначают цветным кодом: корпуса конденсаторов окрашивают в цвета группы ТКЕ .

Рис. 1. Слюдяные конденсаторы: а -КСО; б – КСГ

Конденсаторы КСО могут работать в температурном интервале от 60 до 4 70° С, при относительной влажности воздуха до 80% (кратковременно - до 98%) и при атмосферном давлении не ниже 5 мм рт. cm (для конденсаторов на рабочее напряжение до 500 в). При монтаже конденсаторов КСО в контурах различных видов аппаратуры следует помнить, что они имеют разный ТКЕ .

Кроме того, выпускаются температуростойкие опрессованные слюдяные конденсаторы КСОТ , а также конденсаторы повышенной надежности К31У-ЗЕ.

Помимо опрессованных конденсаторов, выпускаются слюдяные герметизированные конденсаторы в металлических и керамических корпусах.

Конденсаторы КСГ (конденсаторы слюдяные герметизированные) в металлических корпусах (рис. 39, б) бывают двух видов: КСГ -1 и КСГ -2. Конденсаторы КСГ -1 используются на номинальные емкости 470 - 20000 пф, а КСГ -2 - от 0,02 до 0,1 мкф при рабочем напряжении 500 и 1000 в. Эти конденсаторы выпускаются 0, I, II и III классов точности.

Конденсаторы СГМ (слюдяные герметизированные малогабаритные) во влагонепроницаемых керамических корпусах, опаянных по торцам, имеют серебряные, нанесенные на слюду обкладки. Их выпускают по габаритным размерам четырех видов: СГМ -1, СГМ -2, СГМ -3 и СГМ -4. Вес конденсаторов СГМ от 3 до 10 г, номинальные значения емкости от 100 до 10 ООО пф с допусками по 0 I, II и III классам точности. Они рассчитаны на рабочее напряжение от 250 до 1500 в. Во влажной атмосфере эти конденсаторы работают более устойчиво, чем конденсаторы КСО .

Для изготовления слюдяных конденсаторов применяют слюду высшего сорта - мусковит. Обкладки конденсаторов изготовляют из тонкой металлической фольги (алюминиевой, свинцово-оловянной или медной) толщиной 7 - 100 мкм.

В качестве обкладок высокостабильных конденсаторов применяют серебро, которое вжигают или наносят методом распыления.

Керамические конденсаторы. Керамические конденсаторы разделяют по конструкции на трубчатые и дисковые. Более распространенными являются трубчатые конденсаторы КТК и КТ (конденсаторы трубчатые керамические). Конденсатор КТК (рис. 40, а) представляет собой тонкостенную керамическую трубочку, на внешнюю и внутреннюю поверхности которой нанесены обкладки из тонких слоев серебра. Выводы от обкладок выполнены из медной посеребренной проволоки.

Конденсаторы КТМ (конденсаторы трубчатые малогабаритные) имеют аналогичную с конденсаторами КТК конструкцию, но размеры их меньше.

Очень удобны при монтаже так называемые опорные керамические конденсаторы КО. В них внешняя обкладка соединена с болтом, который служит одновременно для укрепления конденсатора на металлическом шасси (панели) и для надежного заземления этой обкладки. Внутренняя обкладка имеет вывод в виде лепестка.

В радиоаппаратуре, предназначенной для работы при повышенной влажности, рекомендуется применять трубчатые конденсаторы КГК (конденсаторы герметизированные керамические), имеющие влагонепроницаемую керамическую оболочку.

Основой конденсаторов КДК и КД (конденсаторы дисковые керамические) сужит керамическая пластина, выполненная в виде диска. Обкладками его являются тонкие слои серебра, нанесенные на каждую из поверхностей этой пластины. Конденсаторы КДК (рис. 2, в) в зависимости от диаметра диска разделяют на три типа:

Рис. 2. Керамические конденсаторы: а -КТК; б-КГК : в-КДК

Конденсаторы КДМ (конденсаторы дисковые малогабаритные), предназначенные для малогабаритной аппаратуры, собранной на полупроводниковых приборах, имеют диаметр 4 мм. Выводы КДК и КДМ - проволочки, припаянные к обкладкам.

Конденсаторы КДУ (конденсаторы дисковые для ультракоротковолновых цепей) имеют такой же диаметр, что и КДК , но выводы их сделаны в виде коротких широких лепестков.

В конденсаторах КДО (конденсаторы дисковые опорные) одна из обкладок припаяна к головке болта, который служит для крепления конденсатора на шасси и надежного соединения этой обкладки с шасси. Вторая обкладка имеет вывод в виде лепестка.

Рис. 3. Секция бумажного конденсатора: 1 - конденсаторная бумага: 2 - фольга

В качестве диэлектрика в керамических конденсаторах применяют специальную конденсаторную керамику, характеризующуюся относительно высокой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями. Конденсаторы КТК выпускают емкостью от 2 до 100 пф, а конденсаторы КДК -от 1 до 75 пф по 0, I, II и III классам точности. Конденсаторы КДМ изготовляют на номинальные емкости от 1 до 220 пф по I, II и III классам точности, а конденсаторы КТМ емкостью от 1 до 10 000 пф также по I, II и III классам точности.

В последнее время широкое применение в радиоаппаратуре на полупроводниковых приборах нашли керамические конденсаторы с большими значениями емкости (порядка 0,01 мкф) при малых габаритах КЛС (керамический литой секционированный), КП (керамический пластинчатый) и КПС (керамический пластинчатый сегнетоэлектрический).

Бумажные конденсаторы. В бумажных конденсаторах в качестве диэлектрика используют конденсаторную бумагу толщиной от 4 до 10 мкм, а в качестве обкладок - алюминиевую или свин-цово-оловянную фольгу толщиной 7-7,5 мкм.

Секция бумажного конденсатора состоит из лент металлической фольги 2, между которыми проложена конденсаторная бумага /; число слоев бумаги должно быть не менее двух. При одном слое бумаги сильно возрастет вероятность быстрого пробоя конденсатора, так как бумага содержит определенное количество электропроводящих включений.

В производстве радиоаппаратуры применяют главным образом конденсаторы КБГ (конденсаторы бумажные герметизированные). Этот тип конденсаторов имеет ряд разновидностей:
— КБГ -И - в цилиндрическом корпусе из керамики или стекла;
— КБГ -М1 и КБГ -М2 - в металлическом корпусе с одним или мя изолированными от корпуса выводами (рис. 42, б); КБГ -МП - в металлическом прямоугольном корпусе, плоский;
— КБГ -МН-в металлическом прямоугольном корпусе, нормальный.

Номинальные величины емкостей конденсаторов КБГ -И, КБГ -МН, КБГ -МП от 470 пф ДО 10 мкф при рабочих напряжениях 200, 400, 600, 1000 и 1500 в, а конденсаторов КБГ -М1 и КБГ -М2 от 0,1 до 0,25 мкф при рабочих напряжениях 200, 400 или 600 в.

Для малогабаритной аппаратуры на полупроводниковых приборах выпускаются специальные конденсаторы БМ, БГМ (бумажные герметизированные малогабаритные - рис. 42, д) и БГМТ (бумажные герметизированные малогабаритные термостойкие).

Номинальные емкости конденсаторов БМ: от 510 до 2200 пф при рабочем напряжении 300 в; от 3300 пф до 0,03 мкф при рабочем напряжении 200 в; 0,04 и 0,05 мкф при рабочем напряжении 150 в. Эти конденсаторы изготовляются по II и III классам точности.

Конденсаторы БГМ (БГМ -1 и БГМ -2) выпускаются с рабочим напрямышленностью, следует отметить малогабаритные опреесованные конденсаторы К40П-1, герметизированные К40П-2, негерметизи-рованные К40П-3, а также термостойкие К40У-9 (до + 125 °С).

Рис. 4. Бумажные конденсаторы: а - КБГ -И; б - КБГ -М; в -КБГ-МП; г - КБГ -МН; 3 -БГМ; е - БМ

Технология изготовления бумажных конденсаторов включает намотку секций, прессование, сушку, пропитку и сборку.

Металлобумажные конденсаторы. Металлобумажные конденсаторы получили широкое распространение, так как они имеют относительно малые габариты (малый объем и вес на единицу емкости) и в то же время обладают хорошими изоляционными свойствами. Обкладки металлобумажного конденсатора выполнены в виде слоя металла толщиной до сотых долей микрона. Металл наносят на бумажную ленту методом испарения под вакуумом.

Металлобумажные конденсаторы выпускают в металлических герметизированных корпусах прямоугольной или цилиндрической формы. Они имеют маркировку МБГП (металлобумажные герметизированные в корпусе прямоугольной формы), МБГЦ (металлобумажные герметизированные в корпусе цилиндрической формы), МБ ГО (металлобумажные герметизированные, один слой диэлектрика), МБГЧ (металлобумажные герметизированные частотные), МБ Г (металлобумажные герметизированные термостойкие).

В зависимости от назначения эти конденсаторы изготовляют емкостью от 0,025 до 30 мкф на рабочие напряжения от 160 до 1500 в. .Конденсаторы МБМ (металлобумажные малогабаритные) на рабочее напряжение 160 в предназначены для работы в аппаратуре на полупроводниковых приборах. Некоторые типы металло-бумажных конденсаторов показаны на рис. 5.

В качестве металлического покрытия металлобумажных конденсаторов обычно применяют цинк, алюминий и никель. Так как нанесенный на бумагу слой металла очень тонок и склонен к окислению, срок пребывания металлизированной бумаги на открытом воздухе ограничен. Покрытия из алюминия и никеля по сравнению с цинковым менее подвержены коррозии.

Металлобумажные конденсаторы самовосстанавливаются после электрического пробоя. Самовосстановление происходит вследствие того, что запасенный в конденсаторе или поступающий к нему извне электрической энергии оказывается достаточно для испарения слоя металла в месте пробоя и обособления тем самым поврежденного участка от остального металлического покрытия. Наилучшими свойствами самовосстановления обладают конденсаторы с цинковым покрытием.

Эффект самовосстановления позволяет изготовлять металлобумажные конденсаторы с одним слоем диэлектрика в отличие от конденсаторов с обкладками из фольги.

Металлобумажные конденсаторы, как и обычные бумажные, подвергают пропитке, которой предшествует тщательная вакуумная сушка.

Пленочные конденсаторы. В качестве диэлектрика в конденсаторах этой группы применяют органические высокомолекулярные пленки. Некоторые типы пленочных конденсаторов показаны на 6. При их производстве наибольшее применение получили пленки из полистирола и фторопласта. Полистирол относится к чис-неполярных диэлектриков и поэтому широко применяется для производства конденсаторов, работающих как в низкочастотных, так и в высокочастотных цепях.

Рис. 5. Металлобумажные конденсаторы: а - МБГП ; б - МБГЦ ; в -МБГО; г -МБГТ

Полистирольные конденсаторы характеризуются малым тангенсом угла диэлектрических потерь в широком интервале частот, относительно малым температурным коэффициентом емкости (-150-Ю-6 на ГС) и высоким сопротивлением изоляции. Существенным недостатком полистирольных конденсаторов. является их низкая термостойкость (предельная рабочая температура 60-70° С).

Высокой термостойкостью обладают конденсаторы, где диэлектриком служит фторопласт-4. Эти конденсаторы могут длительно работать при температурах до 200 и даже 250° С при кратковременной нагрузке. Фторопласт-4 неполярен. К числу полярных органических диэлектриков относится фторопласт-3. Конденсаторы, в которых диэлектриком служит фторопласт-3, применяют только в Цепях низкой частоты или постоянного тока ввиду повышенного значения тангенса угла диэлектрических потерь.

Секции пленочных полистирольных конденсаторов изготовляют на обычных намоточных станках, применяемых при производстве бумажных конденсаторов. В качестве обкладок в пленочных поли-стирольных конденсаторах используют алюминиевую фольгу. Толщина пленки 15-20 мкм\ толщина фольги 7,5 мкм.

Для уменьшения габаритов конденсаторов используют металлизированную полистирольную пленку, при этом надежность конденсатора сохраняется, а габаритные размеры уменьшаются в 5-6 раз по сравнению с конденсаторами, имеющими алюминиевые фольговые обкладки.

Рис. 6. Пленочные конденсаторы: О-ПГТ ; б-ПМ; e-ПСО ; г-ФГТИ

В качестве основного металла для обкладок применяют цинк, который осаждают на тонкий слой олова. Эти конденсаторы называют металлопленочными. Металлопленочные конденсаторы заключены в прямоугольные металлические корпуса с керамическими изоляторами или в трубчатые алюминиевые корпуса, залитые с торцов эпоксидной смолой.

Для изготовления конденсаторов из фторопласта-4 применяют пленку толщиной от 5 до 40 мкм. Обкладками в них служит алюминиевая фольга толщиной 7,5 мкм. Фторопластовые конденсаторы делят на две группы: низковольтные, цилиндрический корпус которых выполнен из алюминия и имеет с торцовых сторон крышки из фторопласта-4, закрепленные завальцовкой краев корпуса, и высоковольтные - в керамических цилиндрических корпусах, с двух сторон корпуса которых приварены колпачки из инвара, что обеспечивает вакуумплочную герметизацию. Корпус высоковольтного

сонденсатора наполнен под давлением азотом, чтобы предотвратить возможный электрический пробой между закраинами обкладок и ионизацию газа.

Промышленностью выпускаются пленочные полистирольные конденсаторы ПО (открытый) и ПМ (малогабаритный) и фторопласто-вые для радиоаппаратуры низких напряжений (не более 1 кв) конденсаторы ФТ (термостойки до +200 °С). Из новых типов пленочных конденсаторов можно отметить конденсаторы К72П-6 (термостойкий, до+200 °С), К73П-2 (металлопленочный) и К76П-1 (лакопленоч-ный).

Электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы разделяют на высоковольтные с рабочим напряжением 250- 450 в (емкость несколько сотен микрофарад), применяемые главным образом в сглаживающих фильтрах выпрямителей и развязывающих фильтрах, в анодных цепях экранных сеток, и низковольтные с рабочим напряжением 6-60 в (емкость до нескольких тысяч микрофарад), применяемые в полупроводниковой технике.

К. первой группе можно отнести конденсаторы КЭ (конденсаторы электролитические), изготовляемые на номинальные емкости от 5 до 2000 мкф и рабочее напряжение от 8 до 500 в. По конструкции они бывают трех видов: КЭ-1, КЭ-2 и КЭ-3.

К этой группе относят также конденсаторы ЭГЦ (конденсаторы электролитические герметизированные цилиндрические) емкостью от 5 до 50 мкф на рабочие напряжения от 6 до 500 в.

Ко второй группе можно отнести конденсаторы ЭМ (электролитические малогабаритные) и ЭМИ (электролитические миниатюрные). Они предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока транзисторных малогабаритных узлов. Номинальное напряжение постоянного тока 3 в конденсаторов ЭМИ и от 4 до 150 в конденсаторов ЭМ, номинальная емкость 0,5; 1,25 и 10 мкф для ЭМИ и от 0,5 до 50 мкф для ЭМ. Допустимые отклонения действительной величины емкости от номинальной: от +80 до -20% для конденсаторов емкостью 0,5 мкф-, от + 200 до -10% для конденсаторов емкостью 1,25 и 10 мкф. Интервал рабочих температур от -20 до +50° С при относительной влажности воздуха не более 98% и атмосферном давлении 720-780 мм рт. ст.

Среди новых видов малогабаритных алюминиевых электролитических конденсаторов промышленностью выпускаются конденсаторы К50-3 на рабочие напряжения от 6 до 450 в, К50-ЗИ (импульсные), К50-6 (неполярные) и др.

На рис. 7 показаны типы некоторых электролитических конденсаторов, диэлектриком в которых служит оксидная пленка, обра зованная на алюминиевой фольге, выполняющей роль первой об кладки (анод) конденсатора, вторая обкладка - электролит, соприкасающийся с оксидной пленкой. Вторая лента из фольги (катодная) служит токоотводом к элек тролиту.

Оксидная пленка имеет тол щину 0,01-1,5 мкм и обладает униполярной (односторонней проводимостью, поэтому электролитические конденсаторы могут работать только в цепях постоянного или пульсирующего тока.

По конструкции и методу изготовления электролитические конденсаторы бывают жидкост ные (мокрые), оксидированный алюминиевый анод которых на ходится в жидком или полу жидком электролите, и сухие, получаемые намоткой лент алюминиевой фольги (оксидированной анодной и неоксидирован-ной катодной) и разделенные волокнистой прокладкой, пропитанной пастообразным или полужидким электролитом.

Наиболее широкое применение получили сухие электролитические конденсаторы. Для анодов этих конденсаторов применяют материал с содержанием от 99,8 до 99,99% алюминия и минимальным количеством железа.

Алюминиевая анодная фольга, применяемая в электролитических конденсаторах, имеет толщину 50-150 мкм.

Менее жесткие требования предъявляют к алюминию, используемому для изготовления катодов; в нем допускается до 0,4% примесей. Толщина катодной фольги 7,5-16 мкм.

В сухих электролитических конденсаторах для прокладки между алюминиевыми лентами применяют специальные сорта бумаги и хлопчатобумажной ткани, пропитанные электролитами.

В последнее время промышленность широко выпускает электролитические конденсаторы с диэлектриком из оксидной танталовой пленки, которая по сравнению с алюминиевой имеет более высоко-, значение диэлектрической проницаемости.

Рис. 7. Электролитические конденсаторы: а - КЭ 3; б -КЭ-1-ОМ; в -КЭ-2М; г - КЭГ -2; д - КЭГ -1М

Танталовые конденсаторы значительно меньше по габаритам, более надежны и имеют лучшие электрические характеристики, чем конденсаторы на основе алюминиевой оксидной пленки. Емкость п тангенс угла диэлектрических потерь сухого танталового конденсатора незначительно изменяются с изменением температуры вплоть до -60° С.

Жидкостные танталовые конденсаторы имеют цилиндрический анод, изготовленный из прессованного порошка тантала, термически обработанного в вакууме. Термическая обработка необходима для спекания зерен танталового порошка. Получаемая при этом пористая структура анода характеризуется большой активной поверхностью, способствующей увеличению емкости конденсатора. Этот способ увеличивает действующую поверхность анода в 40-50 раз по сравнению с герметической поверхностью цилиндра.

Диэлектриком в конденсаторе является тонкая пленка окиси тантала на поверхности зерен, а роль второй обкладки выполняет кислотный электролит.

На рис. 8 показано устройство жидкостного электролитического танталового конденсатора ЭТО .

Конденсатор ЭТО (электролитический танталовый с объемнопори-стым анодом) имеет несколько разновидностей: ЭТО -1, ЭТО -2 и ЭТО -3,4. Модификацией этого типа являются конденсаторы К52-2 и К52-3.

Из сухих танталовых конденсаторов выпускаются конденсаторы ЭТ (электролитический танталовый) и ЭТН (неполярный).

Дальнейшим конструктивным развитием конденсаторов этой группы являются танталовые конденсаторы с твердым электролитом. Анод такого конденсатора изготовлен в виде цилиндра из пористого спеченного тантала. Слой диэлектрика (окись тантала) на поверхности спрессованных частиц получают электролитическим путем. Роль второй обкладки в этом конденсаторе выполняет слой Двуокиси марганца, наносимый методом пиролиза (разложения) азотнокислого марганца.

Рис. 8. Устройство жидкостного электролитического танталового конденсатора ЭТО с объемно-пористым анодом: I - вывод; 2 - текстолитовое кольцо; 3 - тапталовая крышка; 4 - резиновое кольцо: 5 - электролит; 6 - анод; 7 -вкладыш из химически стойкого металла; 8 - стальной корпус; 9 - вывод катода; 10 - тан таловый стержень; 11 -фторопластовое кольцо

Температурная характеристика емкости конденсатора с твердьщ электролитом выгодно отличается от характеристики жидкостных электролитических танталовых конденсаторов, особенно при отрицательных температурах, когда жидкие электролиты густеют или затвердевают. Потери в конденсаторе с твердым электролитом мало зависят от температуры и сохраняются на одном уровне до весьма низких температур. Кроме того, при работе на высокой частоте характеристики конденсаторов оказываются также более благоприятными, чем у танталовых конденсаторов жидкостного типа. Длительное хранение конденсаторов с пористым танталовым анодом и твердым электролитом показало, что электрические характеристики их практически не меняются во времени.

Стеклоэмалевые конденсаторы (рис. 9). В конденсаторах этой группы диэлектриком являются тонкие слои стеклоэма-ли, а обкладками - серебряные пленки, наносимые на стекло-эмалевые слои методом вжигания. Примерный состав эмали: 15- 25% Si02; 3-11% Na20 + К20; 15-25% РЬО , остальное – окиси других двухвалентных металлов.

Стеклоэмалевые конденсаторы КС-1 и КС-2 имеют интервал рабочих температур от -60 до +100° С; сопротивление изоляции не менее 20 ООО Мом; тангенс угла потерь при температуре +20±5° С не более 15-1Q-4, а при + 100±5°С не более 20- Ю-4, температурный коэффициент емкости в интервале температур от +20 до 100° С равен +(65±35)-10-6; допускаемые отклонения ±2, ±5, ±10, ±20%.

Стеклоэмалевые конденсаторы применяют в радиоаппаратуре наравне со слюдяными и керамическими.

Особенности крепления к корпусу выводов конденсаторов КС создают некоторые неудобства при формовке выводов, что часто вызывает брак (отслоение пайки). Поэтому с конденсаторами КС необходимо осторожно обращаться на всех операциях, включая и регулировку.

Стеклоэмалевые конденсаторы постоянной емкости КС-1 предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока, а также в импульсных цепях. Интервал рабочих температур от -60 до +100 °С; относительная влажность до’98%, номинальное напряжение постоянного тока 300 в. Температурная стабильность емкости не более 0,1%. Допустимые отклонения действительных величин емкостей от номинальных: ±2% и ±5%.

Рис. 9. Стеклоэмалевый конденсатор

Подстроенные конденсаторы. Подстроечные конденсаторы (триммеры) применяют для подстройки высокочастотных колебательных контуров в процессе регулировки. Их изготовляют с воздушным или керамическим диэлектриком и для повышения стабильности емкости применяют керамические основания.

Рис. 10. Подстроечные конденсаторы: а - с воздушным диэлектриком; б - с керамическим диэлектриком; 1 - статор; 2 -ротор; 3 - выводы; 4 - отверстия для крепления

Керамические подстроечные конденсаторы КПК рассчитаны на рабочее напряжение 250 в и служат в основном для подстройки контуров высокой частоты в приемниках.

Конденсаторы КПК -1 имеют минимальные величины емкости 2, 4, 6 и 8 пф и максимальные соответственно 7, 15, 25 и 30 пф.

Конденсаторы КПК -2 и КПК -3 имеют минимальные емкости 6, 10 и 25 пф и максимальные 60, 100 и 150 пф.

Для малогабаритной аппаратуры выпускаются подстроечные конденсаторы КПК -МН (малогабаритные для навесного монтажа) и КПК -МП (малогабаритные для печатного монтажа).

В электротехнике и электронике кроме есть ряд других пассивных компонентов. Один из них – конденсатор. Его используют в фильтрах, как накопитель энергии в источниках питания, как компенсатор реактивной мощности, а также в других сферах. В этой статье мы рассмотрим, как работает конденсатор и что это такое вообще.

Определение

Слово конденсатор происходит от латинского «condensatio», что переводится как «накопление». В физике этот термин употребляется для описания целой ниши электротехнических изделий, назначение которых работать как накопитель энергии. Количество накопленной энергии зависит от ёмкости и квадрата напряжения на его обкладках, поделенное на 2. При этом ток через него протекает только в процессе заряда. Но обо всем по порядку.

E=(CU 2)/2

Если сказать по-простому, то конденсатор – это устройство способное накапливать энергию в . В простейшем варианте состоит из двух проводников (обкладок), разделённых диэлектриком. На рисунке ниже вы видите упрощенную схему внешнего устройства плоского конденсатора. Условное обозначение на схеме представляет собой 2 черты высотой в 8 мм, на расстоянии в 1,5 мм друг от друга.

Принцип работы

Теперь, когда мы знаем, как обозначается данный элемент на схемах, нужно рассмотреть принцип работы конденсатора. Когда обкладки конденсатора подключают к источнику питания, электрические заряды от положительного и отрицательного зажима ИП устремляются к обкладкам, скапливаясь на них.

Электрический ток прерывается после заряда конденсатора до номинальной ёмкости, так как между обкладками находится слой диэлектрика он не может протекать постоянно. Когда источник питания отключат, на конденсаторе останутся заряды, а значит и останется напряжение на его выводах.

Заряды, скопившиеся на каждой из обкладок, противоположны. Соответственно та обкладка, что была подключена к плюсовому выводу источника питания – заряжена положительно, а та, что к минусовому – отрицательно. Принцип работы этого изделия основан на притяжении разноименных зарядов в электрической цепи.

Простыми словами конденсатор сохранит ту энергию, которая была передана от источника питания – в этом и кроется его назначение. Однако на практике есть разнообразные потери и утечки.

Интересно! Лейденская банка – это прообраз современных конденсаторов, родившийся на свет в 1745 году. Это устройство было способно накапливать энергию и извлекать искры при замыкании его обкладок. Внешний вид и конструкцию вы видите ниже.

А на рисунке ниже вы видите конструкцию простейшего плоского конденсатора – две обкладки, разделенные диэлектриком:

Так как ёмкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними – то чтобы увеличить ёмкость, инженеры разработали ряд других форм конденсаторов. Например, свёрнутые в спираль обкладки – так их площадь становилась во много раз больше при тех же габаритных размерах, а также цилиндрические и сферические решения.

Один из законов коммутации гласит, что напряжение на обкладках конденсатора не может изменится скачком, что и иллюстрирует следующая миниатюра.

Виды

Классификация конденсаторов может происходить по различным критериям.

По постоянству ёмкости:

• Постоянные.
• Переменные. Их ёмкость может изменяться либо вручную оператором (пользователем) устройства, либо под воздействием напряжения (как в варикапах и варикондах).

По полярности прикладываемого напряжения:

• Неполярные – могут работать в цепях переменного тока.
• Полярные – при подключении напряжения неправильной полярности выходят из строя.

В зависимости от того, где используются эти компоненты, различают разные варианты по материалу:

Основные технические характеристики

Если вы ремонтируете или разрабатываете электронное устройство, вам понадобится подбирать подходящий конденсатор для замены вышедшего из строя. А для этого нужно ознакомиться с основными техническими характеристиками конденсатора, от которых зависит его работа в электрической цепи.

Номинальная емкость. Характеризует основное назначение компонента — какой заряд он может запасать. Основная характеристика измеряется в фарадах [Ф]. Однако такая единица измерения слишком большая, поэтому используют доли:

• Милифарады, мФ – 0, 001 Ф (10 -3);
• Микрофарады, мкФ – 0, 000 001 Ф (10 -6);
• Нанофарады, нФ – 0, 000 000 001 Ф (10 -9);
• Пикофарады, пФ – 0, 000 000 000 001 Ф (10 -12).

Номинальное напряжение - это такое напряжение, до которого конденсатор может гарантировано работать в нормальном режиме. При превышении этого значения с большой долей вероятности происходит пробой диэлектрика. Может быть от единиц вольт (для электролитов) и до тысяч вольт (плёнка и керамика). При ремонте эта величина должна быть не ниже, чем у вышедшего из строя, выше – можно!

Допуск отклонения - насколько реальная ёмкость может отличаться от заявленной номинальной. Может достигать 20-30%, но есть и высокоточные модели с допуском до 1% — для применения в цепях, где требуется особая точность.

Температурный коэффициент емкости - этот параметр важен для электролитов. У алюминиевых конденсаторов при понижении температуры понижается ёмкость и увеличивается удельное электрическое сопротивление (в англ. ESR)

ESR – эквивалентное последовательное сопротивление, также важен для электролитов. Простым языком – чем он больше, тем хуже. У вздувшихся кондёров ESR повышается.

В таблице ниже вы видите допустимые значения ESR для различных номинальных емкостей и напряжений.

Где и для чего применяются

Всё же ответим на вопрос «для чего предназначен конденсатор?» с практической точки зрения. Для этого рассмотрим несколько схем.

Самое широкое применение электролитические конденсаторы нашли в качестве уже не раз упомянутого фильтра сетевых пульсаций в блоках питания. На схеме ниже изображено, где именно устанавливается электролит. Чем больше нагрузка – тем большая ёмкость электролита нужна для сглаживания пульсаций.

Следующее место, где применяются конденсаторы – это фильтры высоких и низких частот. Ниже на схеме приведены типовые включения. Таким образом в акустических системах разводят басы, средние и высокие частоты по динамикам без применения активных компонентов.

Балластные блоки питания часто используются для зарядки небольших аккумуляторов и питания маломощных устройств, таких как дешевые светодиодные лампочки, радиоприёмники и прочие. Плёночный конденсатор устанавливается последовательно с питающим устройством, ограничивая ток за счёт своего реактивного сопротивления – в этом и заключается принцип работы такой простой схемы.

Конденсатором называется элемент электрической цепи, служащий в качестве накопителя заряда.

Областей применения этого устройства сейчас много, чем и обусловлен их большой ассортимент. Они различаются по материалам, из которых изготовлены, назначению, диапазону основного параметра. Но главной характеристикой конденсатора является его емкость.

Принцип работы конденсатора

Конструкция

На схемах конденсатор обозначается в виде двух параллельных линий, не связанных между собой:

Это соответствует его простейшей конструкции - двум пластинам (обкладкам), разделенным диэлектриком. Фактическое исполнение этого изделия чаще всего представляет собой завернутые в рулон обкладки с прослойкой диэлектрика или иные причудливые формы, но суть остается той же самой.

Электрическая ёмкость – способность проводника накапливать электрические заряды. Чем больше заряд вмещает проводник при данной разности потенциалов, тем больше ёмкость. Зависимость между зарядом Q и потенциалом φ выражается формулой:

где Q — заряд в кулонах (Кл), φ — потенциал в вольтах (В).

Емкость измеряется в фарадах (Ф), что вы помните еще с уроков физики. На практике чаще встречаются более мелкие единицы: миллифарад (мФ), микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ).

Накопительная способность зависит от геометрических параметров проводника, диэлектрической проницаемости среды, где он находится. Так, для сферы из проводящего материала она будет выражаться формулой:

C=4πεε0R

где ε0-8,854·10^−12 Ф/м, электрическая постоянная, а ε — диэлектрическая проницаемость среды (табличная величина для каждого вещества).

В реальной жизни нам чаще приходится иметь дело не с одним проводником, а с системами таковых. Так, в обычном плоском конденсаторе емкость будет прямо пропорциональна площади пластин и обратно - расстоянию между ними:

C=εε0S/d

ε здесь - диэлектрическая проницаемость прокладки между пластинами.

Емкость параллельных и последовательных систем

Параллельное соединение емкостей представляет собой один большой конденсатор с тем же слоем диэлектрика и суммарной площадью пластин, поэтому общая емкость системы представляет собой сумму таковых у каждого из элементов. Напряжение при параллельном соединении будет одним и тем же, а заряд распределится между элементами схемы.​

C=C1+C2+C3

Последовательное соединение конденсаторов характеризуется общим зарядом и распределенным напряжением между элементами. Поэтому суммируется не емкость, а обратная ей величина:

1/C=1/С1+1/С2+1/С3

Из формулы емкости одиночного конденсатора можно вывести, что при одинаковых элементах, соединенных последовательно, их можно представить в виде одного большого с той же площадью обкладки, но с суммарной толщиной диэлектрика.

Реактивное сопротивление

Конденсатор не может проводить постоянный ток, что видно из его конструкции. В такой цепи он может только заряжаться. Зато в цепях переменного тока он прекрасно работает, постоянно перезаряжаясь. Если не ограничения, исходящие из свойств диэлектрика (его можно пробить при превышении предела напряжения), этот элемент заряжался бы бесконечно (т. н. идеальный конденсатор, что-то вроде абсолютно черного тела и идеального газа) в цепи постоянного тока, а ток через него проходить не будет. Проще говоря, сопротивление конденсатора в цепи постоянного тока бесконечно.

При переменном токе ситуация иная: чем выше частота в цепи, тем меньше сопротивление элемента. Такое сопротивление называется реактивным, и оно обратно пропорционально частоте и емкости:

Z=1/2πfC

где f — частота в герцах.

Накопитель энергии

Энергия, запасенная заряженным конденсатором, может быть выражена формулой:

E=(CU^2)/2=(q^2)/2C

где U — напряжение между обкладками, а q — накопленный заряд.

Конденсатор в колебательном контуре

В замкнутом контуре, содержащем катушку и конденсатор, может быть сгенерирован переменный ток.

После зарядки конденсатора он начнет саморазряжаться, давая возрастающий по силе ток. Энергия разряженного конденсатора станет равной нулю, зато магнитная энергия катушки - максимальной. Изменение величины тока вызывает ЭДС самоиндукции катушки, и она по инерции пропустит ток в сторону второй обкладки, пока та полностью не зарядится. В идеальном случае такие колебания бесконечны, а в реальности они быстро затухают. Частота колебаний зависит от параметров как катушки, так и конденсатора:

где L — индуктивность катушки.

Конденсатор может обладать собственной индуктивностью, что можно наблюдать при повышении частоты тока в цепи. В идеальном случае эта величина незначительна, и ей можно пренебречь, но в реальности, когда обкладки представляют собой свернутые пластинки, не считаться с этим параметром нельзя, особенно если речь идет о высоких частотах. В таких случаях конденсатор совмещает в себе две функции, и представляет собой своеобразный колебательный контур с собственной резонансной частотой.

Эксплуатационные характеристики

Помимо указанных выше емкости, собственной индуктивности и энергоемкости, реальные конденсаторы (а не идеальные) обладают еще рядом свойств, которые нужно учитывать при выборе этого элемента для цепи. К ним относятся:

Чтобы понять, откуда берутся потери, необходимо разъяснить, что представляют собой графики синусоидальных тока и напряжения в этом элементе. Когда конденсатор заряжен максимально, ток в его обкладках равен нулю. Соответственно, когда ток максимален, напряжение отсутствует. То есть напряжение и ток сдвинуты по фазе на угол 90 градусов. В идеале конденсатор обладает только реактивной мощностью:

Q=UIsin 90

В реальности же обкладки конденсатора обладают собственным сопротивлением, а часть энергии расходуется на нагрев диэлектрика, что обуславливает ее потери. Чаще всего они незначительны, но иногда ими пренебрегать нельзя. Основной характеристикой этого явления служит тангенс угла диэлектрических потерь, представляющий собой отношение активной мощности (даваемой малыми потерями в диэлектрике) и реактивной. Измерить эту величину можно теоретически, представив реальную емкость в виде эквивалентной схемы замещения - параллельной или последовательной.

Определение тангенса угла диэлектрических потерь

При параллельном соединении величина потерь определяется отношением токов:

tgδ = Ir/Ic = 1/(ωCR)

В случае последовательного соединения угол вычисляется соотношением напряжений:

tgδ = Ur/Uc = ωCR

В реальности для замеров tgδ пользуются прибором, собранным по мостовой схеме. Его применяют для диагностики потерь в изоляции у высоковольтного оборудования. С помощью измерительных мостов можно измерять и другие параметры сетей.

Номинальное напряжение

Этот параметр указывается на маркировке. Он показывает предельную величину напряжения, которое может быть подано на обкладки. Превышение номинала может привести к пробою конденсатора и выходу его из строя. Зависит этот параметр от свойств диэлектрика и его толщины.

Полярность

Некоторые конденсаторы имеют полярность, то есть в схему его необходимо подключать строго определенным образом. Связано это с тем, что в качестве одной из обкладок используется какой-либо электролит, а диэлектриком служит оксидная пленка на другом электроде. При изменении полярности электролит просто разрушает пленку и конденсатор перестает работать.

Температурный коэффициент емкости

Он выражается отношением ΔC/CΔT где ΔT — изменение температуры окружающей среды. Чаще всего эта зависимость линейна и незначительна, но для конденсаторов, работающих в агрессивных условиях, ТКЕ указывается в виде графика.

Выход конденсатора из строя обусловлен двумя основными причинами - пробоем и перегревом. И если в случае пробоя некоторые их виды способны к самовосстановлению, то перегрев со временем приводит к разрушению.

Перегрев обусловлен как внешними причинами (нагреванием соседних элементов схемы), так и внутренними, в частности, последовательным эквивалентным сопротивлением обкладок. В электролитических конденсаторах он приводит к испарению электролита, а в оксиднополупроводниковых - к пробою и химической реакции между танталом и оксидом марганца.

Опасность разрушения в том, что часто оно происходит с вероятностью взрыва корпуса.

Техническое исполнение конденсаторов

Классифицировать конденсаторы можно по нескольким группам. Так, в зависимости от возможности регулировать емкость их разделяют на постоянные, переменные и подстроечные. По своей форме они могут быть цилиндрическими, сферическими и плоскими. Можно делить их по назначению. Но самой распространенной классификацией является таковая по типу диэлектрика.

Бумажные конденсаторы

В качестве диэлектрика используется бумага, очень часто — промасленная. Как правило, такие конденсаторы отличает большой размер, но были варианты и в небольшом исполнении, без промасливания. Используются в качестве стабилизирующих и накопительных устройств, а из бытовой электроники постепенно вытесняются более современными пленочными моделями.

При отсутствии промасливания имеют существенный недостаток - реагируют на влажность воздуха даже при герметичной упаковке. Промокшая бумага увеличивает энергопотери.

Диэлектрик в виде органических пленок

Пленки могут быть выполнены из органических полимеров, таких как:

• полиэтилентерифталат;
• полиамид;
• поликарбонат;
• полисульфон;
• полипропилен;
• полистирол;
• фторопласт (политетрафторэтилен).

По сравнению с предыдущими, такие конденсаторы имеют более компактные размеры, не увеличивают диэлектрические потери при увеличении влажности, но многие из них подвергаются риску выхода из строя при перегреве, а те, что этого недостатка лишены, отличаются более высокой стоимостью.

Твердый неорганический диэлектрик

Это может быть слюда, стекло и керамика.

Преимуществом этих конденсаторов считается их стабильность и линейность зависимости емкости от температуры, приложенного напряжения, а у некоторых - даже от радиации. Но иногда сама такая зависимость становится проблемой, и чем она менее выражена, тем дороже изделие.

Оксидный диэлектрик

С ним выпускаются алюминиевые, твердотельные и танталовые конденсаторы. Они имеют полярность, поэтому выходят из строя при неправильном подключении и превышении номинала напряжения. Но при этом они обладают хорошей емкостью, компактны и стабильны в работе. При правильной эксплуатации могут работать около 50 тыс. часов.

Вакуум

Такие устройства представляют собой стеклянную или керамическую колбу с двумя электродами, откуда выкачан воздух. В них практически отсутствуют потери, но малая емкость и хрупкость ограничивают сферу их применения радиостанциями, где величина емкости не так важна, а вот устойчивость к нагреву имеет принципиальное значение.

Двойной электрический слой

Если посмотреть, для чего нужен конденсатор, то можно понять, что этот тип - не совсем он. Скорее, это дополнительный или резервный источник питания, в качестве чего они и используются. Одни категория таких устройств - ионисторы - содержат в себе активированный уголь и слой электролита, другие работают на ионах лития. Емкость этих приборов может составлять до сотен фарад. К их недостаткам можно отнести высокую стоимость и активное сопротивление с токами утечки.

Каким бы ни был конденсатор, есть два обязательным параметра, которые должны быть отражены в маркировке - это его емкость и номинальное напряжение.

Помимо этого, на большинстве из них существует цифро-буквенное обозначение его характеристик. В соответствии с российскими стандартами конденсаторы маркируются четырьмя знаками.

Первая буква К означает «конденсатор», следующая цифра - вид диэлектрика, далее следует указатель назначения в виде буквы; последний значок может означать как тип конструкции, так и номер разработки, это уже зависит от завода-изготовителя. Третий пункт часто пропускается. Используется такая маркировка на достаточно крупных изделиях, где ее можно разместить. По ГОСТ расшифровка будет выглядеть так:

Первые буквы:

1. К - конденсатор постоянной емкости.
2. КТ - подстроечник.
3. КП - конденсатор переменной емкости.

Вторая группа - тип диэлектрика:

На маленьких конденсаторах всего этого не разместить, поэтому там применяется сокращенная маркировка, которая с непривычки может даже потребовать калькулятора, а иногда - лупу. В этой маркировке зашифрованы емкость, номинал напряжения и отклонения от основного параметра. Остальные параметры наносить нет смысла: это, как правило, керамические конденсаторы.

Маркировка керамических конденсаторов

Иногда с ними все просто - емкость отмечена числом и единицами: pF - пикофарад, nF - нанофарад, μF — микрофарад, mF - миллифарад. То есть, надпись 100nF можно читать прямо. Номинал, соответственно, числом и буквой V. Но иногда не умещается и это, потому применяют сокращения. Так, часто емкость умещается в трех цифрах (103, 109 и т. д.), где последняя означает число нулей, а первые две - емкость в пикофарадах. Если в конце стоит цифра 9, значит, нулей нет, а между первыми двумя ставят запятую. При цифре 8 на конце запятую переносят еще на один знак назад.

Например, обозначение 109 расшифровывается как 1 пикофарад, а 100–10 пикофарад; 681–680 пикофарад, или 0,68 нанофарад, а 104- 100 тыс. пФ или 100нФ

Часто можно встретить первую букву единицы измерения в качестве запятой: p50–0,5 пФ, 1n5–1,5 нФ, 15μ – 15 мкФ, 15m – 15 мФ. Иногда вместо p пишется R.

После трех цифр может стоять буква, означающая разброс параметра емкости:

Если вы высчитываете характеристику цепи в единицах СИ, то для того, чтобы найти емкость в фарадах, необходимо помнить показатели степеней числа 10:

1. -3 — миллифарады;
2. -6 — микрофарады;
3. -9 — нанофарады;
4. -12 — пикофарады.

Таким образом, 01 пФ - это 0,1 *10^-12 Ф.

На устройствах SMD емкость в пикофарадах обозначает буква, а цифра после нее - степень 10, на которую надо умножить это значение.

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

Номинальное рабочее напряжение таким же образом может маркироваться буквой, если полностью его написать проблематично. В России принят следующий стандарт буквенного обозначения номинала:

буква	V	буква	V
I	1	K	63
R	1,6	L	80
M	2,5	N	100
A	3,2	P	125
C	4	Q	160
B	6,3	Z	200
D	10	W	250
E	16	X	315
F	20	T	350
G	25	Y	400
H	32	U	450
S	40	V	500
J	50

Несмотря на списки и таблицы, лучше все-таки изучить кодировку конкретного производителя - в разных странах они могут отличаться.

К некоторым конденсаторам прилагается более развернутое описание их характеристик.