Многие интересуются, имеют ли конденсаторы типы? Конденсаторов в электронике существует множество. Такие показатели, как емкость, рабочее напряжение и допуск, являются основными. Не менее важен тип диэлектрика, из которого они состоят. В этой статье будет рассмотрено подробнее, какие типы конденсаторов бывают по виду диэлектрика.
Классификации конденсаторов
Конденсаторы являются распространенными компонентами в радиоэлектронике. Они классифицируются по множеству показателей. Важно знать, какими моделями, в зависимости от характера изменения величины, представлены разные конденсаторы. Типы конденсаторов:
- Устройства с постоянной емкостью.
- Приборы с переменным видом емкости.
- Подстроечные модели.
Тип диэлектрика конденсатора может быть разным:
- бумага;
- металлическая бумага;
- слюда;
- тефлон;
- поликарбонат;
- электролит.
По способу установки данные приборы предназначены для печатного и навесного монтажа. При этом типы корпусов конденсаторов SMD-модификации бывают:
- керамическими;
- пластиковыми;
- металлическими (алюминиевыми).
Следует знать, что приборы из керамики, пленки и неполярные виды не обладают маркировкой. Показатель их емкости колеблется от 1 пф до 10 мкф. А электролитные типы имеют форму бочонков в корпусе из алюминия и маркируются.
Танталовый же тип производится в корпусах прямоугольной формы. Такие устройства бывают разного размера и расцветки: черные, желтые и оранжевые. На них также присутствует кодовая маркировка.
Электролитические конденсаторы из алюминия
Основой электролитических конденсаторов из алюминия являются две тонкие скрученные алюминиевые полоски. Между ними расположена бумага, содержащая электролит. Показатель емкости этого прибора равен 0,1-100 000 uF. Кстати, в этом и заключается его основное преимущество перед другими видами. Максимальное напряжение равно 500 V.
К минусам относятся повышенная утечка тока и уменьшение емкости с возрастанием частоты. Поэтому в платах часто вместе с электролитическим конденсатором используется и керамический.
Также следует отметить, что данный тип отличается полярностью. Это означает, что с минусовым показателем находится под отрицательным напряжением, в отличие от противоположного вывода. Если не придерживаться этого правила, то скорее всего, приспособление выйдет из строя. Поэтому рекомендуется применять его в цепях с наличием постоянного или пульсирующего тока, но ни в коем случае не переменного.
Электролитические конденсаторы: типы и предназначение
Типы электролитических конденсаторов представлены широким рядом. Они бывают:
- полимерными;
- полимерными радиальными;
- с низким уровнем утечки тока;
- стандартной конфигурации;
- с широким диапазоном температур;
- миниатюрными;
- неполярными;
- с наличием жесткого вывода;
- низкоимпедансными.
Где применяются электролитические конденсаторы? Типы конденсаторов из алюминия используются в разных радиотехнических устройствах, деталях компьютера, периферийных приборах типа принтеров, графических устройствах и сканерах. Также они применяются в строительном оборудовании, промышленных приборах для измерения, в сфере вооружения и космоса.
Конденсаторы КМ
Существуют и глиняные конденсаторы типа КМ. Они используются:
- в промышленном оборудовании;
- при создании приборов для измерения, отличающихся высокоточными показателями;
- в радиоэлектронике;
- в сфере военной индустрии.
Устройства подобного типа отличаются высоким уровнем стабильности. Основу их функциональности составляют импульсные режимы в цепях с переменным и неизменным током. Их характеризует высокий уровень сцепления обкладок из керамики и долгая служба. Это обеспечивается низким значением коэффициента емкостного непостоянства температур.
При маленьких размерах имеют высокий показатель емкости, достигающий 2,2 мкФ. Изменение ее значения в интервале рабочей температуры у данного вида составляет от 10 до 90%.
Типы группы Н, как правило, применяются как переходники или же блокирующие устройства и т. п. Современные приборы из глины изготавливаются при помощи прессовки под давлением в целостный блок тончайших металлизированных керамических пластинок.
Высокий уровень прочности этого материала дает возможность использовать тонкие заготовки. В итоге пропорциональная показателю объема, резко возрастает.
Устройства КМ отличаются высокой стоимостью. Объясняется это тем, что при их изготовлении используются драгоценные металлы и их сплавы: Ag, Pl, Pd. Палладий присутствует во всех моделях.
Конденсаторы на основе керамики
Дисковая модель обладает высоким уровнем емкости. Ее показатель колеблется от 1 pF до 220 nF, а самое высокое рабочее напряжение не должно быть выше 50 V.
К плюсам данного типа можно отнести:
- малые потери тока;
- небольшой размер;
- низкий показатель индукции;
- способность функционировать при высоких частотах;
- высокий уровень температурной стабильности емкости;
- возможность работы в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.
Основу многослойного устройства составляют чередующиеся тонкие слои из керамики и металла.
Этот вид похож на однослойный дисковый. Но такие устройства обладают высоким показателем емкости. Максимальное рабочее напряжение на корпусе этих приборов не указывается. Так же как и на однослойной модели, напряжение не должно быть выше 50 V.
Устройства функционируют в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.
Плюсом высоковольных керамических конденсаторов является их способность функционировать под высоким уровнем напряжения. Диапазон рабочего напряжения колеблется от 50 до 15000 V, а показатель емкости может составлять от 68 до 150 pF.
Могут функционировать в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.
Танталовые устройства
Современные танталовые устройства являются самостоятельным подвидом электролитического вида из алюминия. Основу конденсаторов составляет пентаоксид тантала.
Конденсаторы обладают небольшим показателем напряжения и применяются в случае необходимости использования прибора с большим показателем емкости, но в корпусе малого размера. У данного типа есть свои особенности:
- небольшой размер;
- показатель максимального рабочего напряжения составляет до 100 V;
- повышенный уровень надежности при долгом употреблении;
- низкий показатель утечки тока;
- широкий спектр рабочих температур;
- показатель емкости может колебаться от 47 nF до 1000 uF;
- устройства обладают более низким уровнем индуктивности и применяются в высокочастотных конфигурациях.
Минус этого вида заключен в высокой чувствительности к повышению рабочего напряжения.
Следует отметить, что, в отличие от электролитического вида, линией на корпусе помечается плюсовой вывод.
Разновидности корпусов
Какие разновидности имеют танталовые конденсаторы? Типы конденсаторов из тантала выделяются в зависимости от материала корпуса.
- SMD-корпус. Для изготовления корпусных устройств, которые используются при поверхностном монтаже, катод соединяется с терминалом посредством эпоксидной смолы с содержанием серебряного наполнителя. Анод приваривается к электроду, а стрингер отрезается. После формирования устройства на него наносится печатная маркировка. Она содержит показатель номинальной емкости напряжения.
- При формировании этого типа корпусного устройства анодный проводник должен быть приварен к самому выводу анода, а затем отрезается от стрингера. В этом случае терминал катода припаивается к основе конденсатора. Далее конденсатор заполняется эпоксидом и высушивается. Как и в первом случае, на него наносится маркировка
Конденсаторы первого типа отличаются большей степенью надежности. Но все типы танталовых конденсаторов применятся:
- в машиностроении;
- компьютерах и вычислительной технике;
- оборудовании для телевизионного вещания;
- электрических приборах бытового назначения;
- разнообразных блоках питания для материнских плат, процессоров и т.д.
Поиск новых решений
На сегодняшний день танталовые конденсаторы являются самыми востребованными. Современные производители находятся в поисках новых методов повышения уровня прочности изделия, оптимизации его технических характеристик, а также существенного понижения цены и унификации производственного процесса.
С этой целью пытаются снизить стоимость на основе составляющих компонентов. Последующая роботизация всего процесса производства также способствует падению цены на изделие.
Важным вопросом считается и уменьшение корпуса устройства при сохранении высоких технических параметров. Уже проводятся эксперименты на новых типах корпусов в уменьшенном исполнении.
Конденсаторы из полиэстера
Показатель емкости этого типа устройства может колебаться от 1 nF до 15 uF. Спектром рабочего напряжения является показатель от 50 до 1500 V.
Существуют устройства с разной степенью допуска (допустимое отклонение емкости составляет 5%, 10% и 20%).
Это вид обладает стабильностью температуры, высоким уровнем емкости и низкой стоимостью, что и объясняет их широкое применение.
Конденсаторы с переменной емкостью
Типы переменных конденсаторов обладают определенным принципом работы, который заключается в накоплении заряда на пластинах-электродах, изолированных посредством диэлектрика. Пластины эти отличаются подвижностью. Они могут перемещаться.
Подвижная пластина называется ротором, а неподвижная — статором. При изменении их положения изменятся и площадь пересечения, и, как следствие, показатель емкости конденсатора.
Конденсаторы бывают с двумя типами диэлектриков: воздушным и твердым.
В первом случае в роли диэлектрика выступает обыкновенный воздух. Во втором случае применяют керамику, слюду и др. материалы. Для увеличения показателя емкости устройства статорные и роторные пластины собираются в блоки, закрепленные на единой оси.
Конденсаторы с воздушным типом диэлектрика применяются в системах с постоянной регулировкой емкости (например, в узлах настройки радиоприемников). Такой тип устройства обладает более высоким уровнем стойкости, чем керамический.
Построечный вид
Самым распространенным видом являются построечные конденсаторы. Они относятся к переменному типу, но обладают меньшей износостойкостью, так как регулируются реже.
Типы конденсаторов этой категории в основе содержат металлизированную керамику. Металл функционирует в качестве электрода, а керамика выступает в роли изолятора.
Конденсатор - это двухполюсник с определённым или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.
Конденсатор является пассивным электронным компонентом. В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Практически применяемые конденсаторы имеют много слоёв диэлектрика и многослойные электроды, или ленты чередующихся диэлектрика и электродов, свёрнутые в цилиндр или параллелепипед со скруглёнными четырьмя рёбрами (из-за намотки).
Изобрел первую конструкцию-прототип электрического конденсатора «лейденскую банку» в 1745 году, в Лейдене, немецкий каноник Эвальд Юрген фон Клейст и независимо от него голландский физик Питер ван Мушенбрук.
Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.
Резонансная частота конденсатора равна: f р = 1/ (2∏ ∙ √ L с ∙ C ) .
При f > fp конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах f < fp , на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2-3 раза ниже резонансной.
Отечественные неполярные конденсаторы:
На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 1·10 6 пФ = 1·10 −6 Ф) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах (1 нФ = 1·10 −9 Ф). При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, то есть постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения. Для электролитических конденсаторов, а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мкФ x 10 В». Для переменных конденсаторов указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 - 180».
Основные параметры конденсаторов:
- Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость , характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками. Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.
- Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью - отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
- Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита.
- Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение - значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
- Полярность . Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.
Обозначение на схемах:
Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.
По виду диэлектрика различают:
- Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).
- Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
- Конденсаторы с жидким диэлектриком.
- Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
- Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные - бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
- Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) - это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка. Время наработки на отказ типичнного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура - основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. Твердотельные конденсаторы - вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.
Вакуумный конденсатор:
Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей ёмкости:
- Постоянные конденсаторы - основной класс конденсаторов, не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы).
- Переменные конденсаторы - конденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы). Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контура.
- Подстроечные конденсаторы - конденсаторы, ёмкость которых изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных ёмкостей сопрягаемых контуров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение ёмкости.
Два бумажных электролитических конденсатора 1930 года:
В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.
Серебрянный конденсатор для аудио.
Также различают конденсаторы по форме обкладок:
В повседневной жизни каждый человек пользуется преобразователями напряжения, адаптерами и блоками питания. Но, мало кто задумывается, что главную функцию в перечисленных устройствах выполняют конденсаторы. Его в народе еще называют «электролитами». Их главной особенностью являются небольшие габариты и способность накапливать заряд до уровня своей емкости.
В области радиотехники и электрики конденсатором электролитическим называют элемент с оболочкой диэлектрика, сделанной из оксида металла, называемым анодом, и внутренней емкостью для накопления заряда, называемой катодом. За счет такого свойства они имеют широкое применение в электротехнических приборах и радиоустройствах. Конденсаторы присутствуют в схемах радиоприемников, телевизоров, стиральных машин, кондиционеров, компьютерной техники и во многих других приборах.
История появления и развития
В 1875 году ученый из Франции Eugène Adrien Ducretet открыл электрохимический процесс в некоторых металлах. Образцами исследования стали тантал, ниобий, цинк, титан, кадмий, алюминий, сурьма и другие. Указанные образцы употреблялись в виде анода (положительного полюса средства питания). Под действием электрического поля на их поверхностями появлялся слой оксида, имеющий вентильные характеристики.
В 1896 году ученый Карол Поллак направил в бюро по выдаче патентов заявку на придумывание конденсатора. Он доказал собственным элементом, что электрохимические процессы должны обладать определенной полярностью на границе металла с диэлектриком для формирования оксидного образования. Несоблюдение такой полярности приводит к диэлектрическим потерям и короткому замыканию.
В России длительное время считалось изготовление электролитических конденсаторов экономически не выгодным. Хотя в научных изданиях было много доводов, какие можно применить технологии для наладки производства. Первые серьезные наработки в вопросе выпуска электролитических конденсаторов появились в нашем государстве в 1931 году. Их емкость была заполнена жидким электролитом. Сегодня производство данных элементов поставлено на широкий поток. Изготовлением электролитических конденсаторов занимаются многие фирмы с мировым именем.
Варианты конденсаторов по применению
Как известно из школьной программы физики, конденсаторы – это полярные приспособления. Они начинают функционировать при направлении тока в одном направлении. Поэтому на практике их включают в схемы с цепями неизменного или пульсирующего напряжения.
Применение в цепях неизменного напряжения
Свойства конденсатора такой конструкции используют:
- для накопления электрической энергии в импульсных генераторах, импульсных источниках света, а также для намагничивания магнитотвердых элементов в процессе физических опытов;
- для поднятия тока до определенной отметки в сварочных агрегатах, рентгеновских установках и приборах для копирования;
- для точной работы схем аналоговой памяти или аналоговой развертки;
- для образования инструмента питания в электронных приборах и электрических приводах.
В цепях неизменного напряжения с пульсирующим наложением
Характеристики конденсаторов в цепях постоянного напряжения с пульсирующим наложением применяют:
- для создания полосовых фильтрующих участков совместно с резисторами и катушками индуктивности;
- для шунтирования элементов схемы электронного типа по меняющемуся току;
- для соединения участков цепи по переменному току с элементами, функционирующими на постоянной составляющей;
- для генерации пилообразного и прямоугольного напряжения в схемах релаксационного типа генератора;
- для выпрямления напряжения в выпрямителях.
Назначение в схемах изменяемого напряжения
Для схем переменного тока производителями конденсаторов созданы элементы, имеющие неполярную емкость. В своей конструкции они имеют дополнительные элементы и увеличенные габариты. Они бывают разной ёмкости, наполненной концентрированными щелочными веществами и кислотами.
Они применяются:
- Для подъема качества электрической энергии и увеличения коэффициента мощности. Например, алюминиевые электролитические конденсаторы снижают уровень реактивной составляющей, что повышает коэффициент мощности до 0,999;
- В инверторных схемах и устройствах с выпрямителями на тиристорах для уменьшения влияния магнитных полей;
- Для улучшения пусковой способности двигателя асинхронного типа. Практически все пусковые схемы однофазных электродвигателей содержат конденсаторы.
По способу заполнения переменный конденсатор делится на виды:
- с жидкостным диэлектриком;
- с сухим наполнением;
- с оксидными полупроводниковыми параметрами конденсаторов;
- оксидно-металлического исполнения.
Анод электролитических конденсаторов изготавливается из фольги алюминия, ниобия или тантала. Конденсатор с переменной емкостью оксидно-полупроводникового вида имеет катод в виде шара полупроводника, нанесенного на оксидный слой.
Конструкция конденсаторов
Разного типа и размеров конденсаторы сделаны из двух элементов – это обкладки и емкость (расстояние между обложками), заполненное диэлектрическим веществом. Емкость считается по формуле:
C = ee0S/d, где:
- S – значение площади обкладки;
- d – значение расстояния между пластинками;
- e0 –электрическая составляющая, устанавливающая напряженность электрического поля вакуумного пространства;
- е – диэлектрическая проницаемость.
Особенность электролитических конденсаторов заключается в том, что они содержат слой электролитического вещества между двумя обложками из фольги, где одна из них покрыта пленкой полупроводникового оксида. Такие электролиты имеют внутри обкладки, сложены вместе с разделяющим бумажным слоем, пропитанным электролитом. От ее толщины зависит емкость конденсатора. Верхний шар покрыт также разделительным бумажным слоем. Все в комплекте свернуто «в трубочку» и находится в металлическом корпусе.
По краям фольги припаяны металлические пластинки в виде контактов. Они предназначены для соединения с другими элементами схемы. Причем вывод с положительным потенциалом покрыт оксидным шаром. Функцию катода выполняет слой электролита, соединенный со второй обкладкой.
С помощью электрохимической коррозии поверхности обкладки (рифление) в процессе изготовления увеличивают площадь обкладки. С помощью такой технологии создаются конденсаторы большой емкости.
Обычно рассматриваемый элемент безаварийно функционирует при нормальной температуре и неискаженном напряжении. Например, при увеличении напряжения выше нормы происходит образование нового слоя оксидов, сопровождаемое выделением тепла и газообразованием. В результате давление в корпусе резко возрастает, и его прочность не в силах справиться с такой ёмкостью. Это может привести к взрыву и разрушению других элементов цепи.
Многие фирмы изготавливают конденсаторы с защитной мембраной. Она разламывается под действием образования газов и блокирует взрыв. Маркировка таких конденсаторов заключается в нанесении насечки в виде буквы «Т», «Y» или знака «+».
Дешифрование цифр и букв на поверхности изделия
Для правильной расшифровки обозначений на корпусе разных элементов требуется знать единицы измерения. Для конденсаторов следует запомнить, что емкость измеряется в фарадах (Ф). Она имеет такие соотношения:
- 1мкФ (микрофарад)F=10¯⁶F;
- 1мФ (миллифарад)F=10¯³F;
- n(нанофарад)F=10¯⁹;
- p(пикофарад)F=10¯¹²F.
Маркировка конденсаторов больших параметров указывается прямо на корпусе элемента. В некоторых конструкциях надписи имеют разные обозначения. В таких случаях лучше ориентироваться по значениям, указанным выше.
На некоторых модификациях маркировка нанесена заглавными буквами. Например, вместо 1мФ стоит МF. Также можно встретить, что маркировка содержит набор букв fd, что означает фарад. Кроме этого в шифре содержится информация, допускающая отклонение от номинала в процентном соотношении. Например, если маркировка содержит 6000uF + 50%-70%, то следует понимать, что это отличается от заданного номинала на 50%-70%. То есть можно применять конденсатор на 9000uF или на 1800uF. Если проценты отсутствуют, то требуется найти букву. Обычно она выглядит отдельным от емкости обозначением. Каждая буква допускает отклонение от номинала.
После определения номинала и разрешенной погрешности нужно перейти к определению значения напряжения. Оно обозначается цифрами совместно с буквами, такими как V, VDC, WV или VDCW. Обозначение WV означает рабочее напряжение. Цифры указывают на максимальные разрешенные допуски.
Важно знать! Если на поверхности нет значения, указывающего номинал напряжения, то такие конденсаторы можно применять в низковольтных цепях схемы. Также нужно запомнить, что конденсаторы, работающие на переменном напряжении, нельзя использовать в схемах постоянного напряжения, и наоборот.
Для определения полярности выводов на корпусе нанесены знаки «+» и «–». Если их нет, то конденсатор подключается в цепь любой стороной.
Цифровая расшифровка
Цифры на корпусе имеют собственную расшифровку. Когда указаны только две цифры и одна буква, то сочетание цифр указывают на емкость. Все остальные кодировки нужно понимать с нестандартным подходом. Они в основном зависят от конструкции элемента.
Третья цифра является множителем нуля. Поэтому расшифровка выполняется по конечной цифре. Если она находится в пределе от 0 и до 6, то к первым цифрам прибавляются нули в числе указанной третьей цифры. Например, 373 означает 37000.
Когда последняя цифра выходит за предел 0-6, например, стоит 8, то первая цифра должна умножиться на 0,01. Таким образом, шифр 378 обозначает 0,37. Когда в конце стоит цифра 9, то сочетание первых двух цифр умножается на 0,1. Обозначение 379 нужно читать как 3,7.
Когда из сочетания цифр с емкостью все понятно, то нужно знать единицу измерения.
Важно помнить! Маленькие конденсаторы измеряются в пикофарадах, а большие элементы – в микрофарадах.
Буквенная кодировка
Букву R в первых двух символах следует понимать под обозначением запятой, применяемой в обозначении десятичной дроби. Например, шифр 4R1 читается как 4,1 пФ. Если в маркировке содержаться буквы p, n или u, то их тоже следует менять на запятую. Например, n61 означает 0,61 нано фарад.
Смешанная маркировка
В такой код на корпусе конденсатора входят буквы и цифры, чередуя друг друга. Обычно это наносится по схеме «буква – цифра – буква». Первая буква указывает на рабочую температуру надежного состояния конденсатора. Вторая цифра – это предел допустимой температуры.
Третья буква означает изменение емкости в пределе от минимальной температуры и до максимальной допустимой температуры. Если стоит буква «А», то это точный показатель. Его погрешность равна 0,1%. При наличии буквы «V» показатель емкости колеблется в пределе 22%-82%. Очень часто встречаются конденсаторы с буквой «R», что означает 15% отклонения емкости от изменения температуры.
Изменение параметров в процессе эксплуатации
Чтобы понимать, какие хорошие конденсаторы, а какие нет, нужно знать общие характеристики, и помнить, как параметры зависят друг от друга. Например, способность в рабочем режиме кпе выделять газы требует при монтаже схемы создавать запас допустимого напряжения в пределе 0,5-0,6 его значения. Особенно это важно, когда схема функционирует в среде с повышенным температурным режимом.
С использованием конденсатора в цепях меняющегося тока обязательно учитывается зависимость от рабочей частоты. Обычно рабочая частота меняющегося напряжения не должна отклоняться от 50 Гц. Для более высоких частот нужно включать конденсаторы с более низким допустимым напряжением. В обратном случае будет появляться сильный нагрев диэлектрика, что приведет к разрыву корпуса.
Элементы с большой емкостью и малыми значениями токов утечки способны длительно сохранять заряд. Поэтому важно для безопасности параллельно подключать резистивный элемент с сопротивлением не меньше 1 Мом и мощностью 0,5 Вт.
Электрические конденсаторы служат для накопления электрической энергии. Без них не будет функционировать ни одна схема радио,- и телевизионного приемника. Появление микросхем изменила функцию конденсаторов. Многие из них изготавливаются в интегрированном виде.
Видео
- Перевод
Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.
Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.
Начнём с простого
Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.
Алюминиевые электролитические
Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.
На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.
У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.
Танталовые электролитические
Танталовый конденсатор поверхностного размещения
Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.
Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.
В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за состоянием отказа, бывает, что они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.
Полимерные плёнки
Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.
Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.
Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.
Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.
В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.
Керамика
История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.
Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.
C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.
X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.
Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.
Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.
Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.
Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через
Конденсатор
Основа конструкции конденсатора - две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик
Слева - конденсаторы для поверхностного монтажа; справа - конденсаторы для объёмного монтажа; сверху - керамические; снизу - электролитические.
Различные конденсаторы для объёмного монтажа
Свойства конденсатора
Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.
где - мнимая единица , - частота протекающего синусоидального тока, - ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: 
. Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).
На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 10 6 пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для , а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 – 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24 , т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.
Характеристики конденсаторов
Основные параметры
Ёмкость
Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость . В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = C U ). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад . Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.
Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где - относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).
Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.
Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.
При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна
или 
Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.
Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.
Удельная ёмкость
Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью - отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
Номинальное напряжение
Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение - значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.
Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.
Полярность
Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.
Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.
Взрывы электролитических конденсаторов - довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.
Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью . С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:
|
|
Электрическое сопротивление изоляции конденсатора - r
Сопротивление изоляции - это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U / I ут , где U - напряжение, приложенное к конденсатору, I ут - ток утечки.
Эквивалентное последовательное сопротивление - R
Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR ) обусловлено главным образом электрическим сопротивлением материала обкладок и выводов конденсатора и контакта(-ов) между ними, а также потерями в диэлектрике. Обычно ЭПС возрастает с увеличением частоты тока, протекающего через конденсатор.
В большинстве случаев этим параметром можно пренебречь, но иногда (напр., в случае использования электролитических конденсаторов в фильтрах импульсных блоков питания) достаточно малое его значение может быть жизненно важным для надёжности устройства (см., напр., Capacitor plague(англ.) ).
Эквивалентная последовательная индуктивность - L
Эквивалентная последовательная индуктивность обусловлена, в основном, собственной индуктивностью обкладок и выводов конденсатора. На низких частотах (до единиц килогерц) обычно не учитывается в силу своей незначительности.
Тангенс угла потерь
Тангенс угла потерь - отношение мнимой и вещественной части комплексной диэлектрической проницаемости. 
Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ)
ТКЕ - относительное изменению емкости при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). Таким образом значение ёмкости от температуры представляется линейной формулой:
,где ΔT - увеличение температуры в °C или °К относительно нормальных условий, при которых специфицировано значение ёмкости. TKE применяется для характеристики конденсаторов со значительной линейной зависимостью ёмкости от температуры. Однако ТКЕ определяется не для всех типов конденсаторов. Конденсаторы, имеющие нелинейную зависимость емкости от температуры, и конденсаторы с большими уходами емкости от воздействия температуры окружающей среды в обозначении имеют указание на относительное изменение емкости в рабочем диапазоне температур.
Диэлектрическое поглощение
Если заряженный конденсатор быстро разрядить до нулевого напряжения путём подключения низкоомной нагрузки, а затем снять нагрузку и наблюдать за напряжением на выводах конденсатора, то мы увидим, что напряжение медленно повышается. Это явление получило название диэлектрическое поглощение или
