КОНДЕНСАТОРЫ Конденсатор устройство состоящее из двух

КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсатор – устройство, состоящее из двух или более обкладок, разделенных диэлектриком, и предназначенное для использования его электрической емкости. + Конденсаторы делятся на два основных класса: - конденсаторы постоянной емкости; - конденсаторы переменной емкости. Конденсаторы постоянной емкости предназначаются для: - использования в колебательных контурах; - разделения электрических цепей с различной рабочей частотой; - построения сглаживающих фильтров; - связи отдельных цепей переменного тока; - накопления электрического заряда; - в качестве делителя напряжения.

Основные параметры конденсаторов Основными параметрами, характеризующими конденсаторы постоянной емкости являются: - номинальная емкость; - электрическая прочность; - реактивная мощность; - качество изоляции; - потери; - коэффициент абсорбции; - индуктивность; - стабильность; - надежность. 1 Номинальная величина емкости Номинальная емкость типовых конденсаторов постоянной емкости (кроме электролитических, бумажных и пленочных) установлена ГОСТ 2. 728 -74. Численные значения номинальных емкостей (в п. Ф, н. Ф, мк. Ф) определяются рядами предпочтительных чисел Е 6, Е 12, и Е 24 для допускаемых отклонений ± 20%, ± 10%, ± 5%. Допускаемые отклонения фактической емкости от номинальной для конденсаторов постоянной емкости установлены ГОСТ 9661 -73. Наиболее употребительными являются конденсаторы с допускаемым отклонением ± 5%, ± 10%, ± 20%. Для прецизионных конденсаторов установлены меньшие пределы допускаемых отклонений; для конденсаторов, к точности которых не предъявляются строгих требований, например электролитических, до . Для оценки размеров различных конденсаторов их емкость относят к единице объема и называют это удельной емкостью. Наибольшей емкостью обладают электролитические конденсаторы, наименьшей – воздушные.

2 Электрическая прочность конденсаторов характеризуется: - номинальным напряжением; - испытательным напряжением; - пробивным напряжением. Номинальное напряжение – максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать в заданном диапазоне температур в течение гарантированного срока службы. Под номинальным напряжением обычно понимают или напряжение постоянного тока, или амплитудное значение переменного тока, или напряжение импульса. При работе конденсатора под более высоким напряжением понижается надежность и сокращается срок службы. Испытательное напряжение – максимальное напряжение, при котором конденсатор может находиться, не пробиваясь, небольшой промежуток времени – от нескольких секунд до нескольких минут. Пробивное напряжение – минимальное напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика. Пробивное напряжение зависит от температуры, рода тока и его частоты, степени непрерывной работы.

3 Реактивная мощность При наличии на конденсаторе больших напряжений высокой частоты, например свыше 1000 В, может произойти перегрев диэлектрика и разрушение конденсатора. «Нагрузочную» способность конденсатора в таких случаях характеризуют реактивной мощностью У большинства конденсаторов угол сдвига фаз между током и напряжением φ близок к 900, поэтому sin φ =1 и После преобразований где Um – в вольтах; Pr - в вольтамперах; f - в мегагерцах; C - в пикофарадах. В маломощной ЭУ конденсаторы почти всегда работают при небольших переменных напряжениях, поэтому для них реактивная мощность не является характерным параметром. 4 Качество изоляции можно оценить по величине: - сопротивления; - приведенного сопротивления, определяемого произведением величины сопро тивления на емкость (МОм мк. Ф = сек); - тока утечки (для конденсаторов малой емкости).

5 Потери в маломощных конденсаторах в основном вызываются замедленной поляризацией и проводимостью диэлектрика; потери в обкладках и выводах таких конденсатор достаточно малы, и ими обычно пренебрегают. Потери в конденсаторах понижают добротность колебательных контуров и создают дополнительные фазовые сдвиги в электрических цепях, влияют на величину емкости и на стабильность конденсатора. Потери в конденсаторах можно оценить по величине добротности или тангенса угла потерь. Добротность определяется отношением реактивной мощности к полным потерям в конденсаторе Qc = Pr / Pa , где Pa – полные потери энергии в диэлектрике конденсатора, включающие потери в диэлектрике и потери в металлических обкладках. Тангенс угла потерь определяется tg δC = 1/ QC

tg δC 2 1 tg δC tg δД tg δМ 3 t, 0 С f 1 - неполярный диэлектрик; 2 - полярный диэлектрик; 3 - высокомолекулярный диэлектрик. Максимум величины tg δC в левой части обусловлен дипольными потерями, а ее увеличение в правой части – потерями от ионной проводимости. Рост значения tg δ C характерен для всех неполярных и полярных диэлектриков, тогда как максимум может иметь место только в случае полярных диэлектриков, имеющих дипольную или дипольно-радикальную поляризацию, а также для сегнетоэлектриков. С повышением частоты растут потери в металлических частях конструкции конденсаторов tg δМ. Частота, соответствующая минимуму tg δC: где r - сопротивление, эквивалентное потерям в металлических частях; R - сопротивление, эквивалентное потерям в диэлектрике; С - емкость конденсатора.

6 Абсорбция При кратковременном к. з. заряженного конденсатора напряжение на нем спадает до нуля, но после размыкания может восстановиться до некоторого значения. Это явление, называемое абсорбцией, может в высоковольтных конденсаторах создать опасное напряжение, а в низковольтных – вызвать ложные срабатывания импульсных схем, блокировку усилительных приборов и т. п. Проявляется абсорбция обычно у конденсаторов с многослойным диэлектриком. Абсорбция объясняется тем, что емкость такого конденсатора может рассматриваться состоящей из двух частей – основной С’ и дополнительной С”, r’ связанной с наличием объемных зарядов на неод. C’ нородностях и поверхностях раздела; сопротивле. C” ние r’ имитирует скорость разряда емкости С”. При кратковременном замыкании конденсатора полностью разрядиться успевает лишь емкость С’. После размыкания происходит перераспределение зарядов, сохранившихся на С”, которое и восстанавливает напряжение на С’. Этот процесс оценивают коэффициентом абсорбции kа, представляющим отношение восстановившегося (например, через 3 мин) напряжения к первоначальному. Величина kа колеблется от 0, 01 (для пленочных конденсаторов) до 5 -6% (для электролитических конденсаторов).

Типы конденсаторов по виду диэлектрика Коэффициент абсорбции, % Снижение емкости на частоте 10 к. Гц относительно 100 Гц , % Полипропиленовые 0, 1 - 0, 2 < 0, 1 Полиэтилентерефталатные 0, 2 - 0, 8 1, 2 - 1, 5 Бумажные фольговые 0, 2 - 1, 0 1, 5 - 2, 5 Металлобумажные 0, 5 - 5, 0 2, 0 - 4, 5 Металлобумажные ВЧ 0, 5 - 5, 0 1, 5 - 2, 0 Оксидные неполярные 1, 0 - 5, 0 20 - 30

7 Собственная индуктивность Помимо емкости конденсатор обладает также индуктивностью, которая слагается из индуктивности самого конденсатора (рабочего элемента) и индуктивности внешних и внутренних соединительных проводников. Индуктивность самого конденсатора зависит от размеров рабочего элемента, его расположения относительно металлического корпуса и способа соединения выводов с обкладками. Чем меньше размеры конденсатора и чем короче и толще выводы и внутренние соединительные проводники, тем меньше собственная индуктивность. Присутствие индуктивности увеличивает эквивалентную емкость, приводит к сильной зависимости ее от частоты и вызывает появление резонансных явлений в конденсаторе. Так как индуктивное сопротивление частично компенсирует емкостное, то полное сопротивление конденсатора уменьшается. Что эквивалентно увеличению емкости. Из сравнения полных сопротивлений конденсаторов реального и эквивалентного получаем

При резонансе, т. е. на частоте С r L сопротивление этой цепи минимально и равно активному сопротивлению потерь. Необходимо, чтобы Схема замещения конденсатора максимальная рабочая частота была в 2 -3 раза ниже резонансной частоты конденсатора. При приближении к резонансу резко возрастает зависимость пол. Z ного сопротивления от частоты. Это также ограни 1 чивает применение конденсаторов большой емкос2 ти на достаточно высоких частотах. Для понижения индуктивности необходимо уменьшать размеры конденсаторной секции, выполнять выводы не из проволоки, а из ленты и делать их возможно более короткими. В бумажных конденсаторах, которым свойственна особенно большая индуктивность, применяют, двойные выводы, специальные методы соединения обкладок с выводами и f способы намотки. Некоторые типы керамических f 0 конденсаторов, предназначенные для использова 1 - зависимость полного сопротивния на СВЧ, не имеют проволочных выводов, а снаб ления конденсатора от частоты; жены металлизированными торцами, при помощи 2 - зависимость полного сопротивкоторых они непосредственно впаиваются в схему. ления от частоты для идеально Максимальная рабочая частота от 1 МГц (бумаж го (безындукционного) конденсаные конденсаторы большой емкости) до 3000 МГц тора. (керамические конденсаторы).

8 Стабильность конденсатора характеризуется изменением его основных параметров, главным образом емкости, под действием температуры, влажности, атмосферного давления, механических усилий и с течением времени. 8. 1 Температура. Под влиянием температуры изменяются размеры обкладок, величины зазоров, значение диэлектрической проницаемости диэлектриков. Эти причины вызывают как обратимые, так и необратимые изменения емкости. Обратимые изменения характеризуются температурным коэффициентом емкости (ТКЕ) αС, необратимые – коэффициентом температурной нестабильности (КТНЕ) βС. Величина ТКЕ и КТНЕ зависит от применяемых материалов, их распределения в конструкции и от технологии изготовления. Можно доказать, что αС = αε + αS – αd Для уменьшения ТКЕ применяют диэлектрики с возможно малым значением ТКДП, элементы конструкции конденсатора делают из материалов с малой величиной коэффициента линейного расширения (ТКЛР), а также применяют самокомпенсацию, т. е. подбирают материалы и размеры так, что, например, αS = αd.

Необратимые изменения емкости возникают вследствие: - применения стареющих диэлектриков, изменяющих ε при длительных изменениях температуры; - наличия остаточных механических деформаций в конструкции; - наличия воздушных включений между диэлектриком и обкладками - несовершенства технологического процесса изготовления конденсатора. Необратимые изменения емкости не могут быть устранены какой-либо термокомпенсацией. Как правило, конденсаторы имеющие низкую температурную стабильность, характеризуемую обратимыми изменениями, имеют также низкую температурную стабильность, характеризуемую необратимыми изменениями. Относительно высокой стабильностью обладают воздушные конденсаторы, а также слюдяные и керамические (αС от 20 10 -6 до 100 10 -6 град-1, βС от 0, 1 10 -2 до 0, 5 10 -2). Пониженную стабильность имеют бумажные конденсаторы (αС от 1000 10 -6 до 3000 10 -6 град-1, βС от 0, 5 10 -2 до 2, 0 10 -2 ). Для ряда конденсаторов температурная стабильность жестко нормируется: - для слюдяных конденсаторов предусмотрены группы А (не нормируется), Б (± 200 10 -6 град-1), В (± 100 10 -6 град-1), Г (± 50 10 -6 град-1); - для керамических конденсаторов предусмотрены группы П 120 (+120 10 -6 град-1), П 100, П 33, МП 0, М 33 (-33 10 -6 1/град), М 47, М 75, М 150, М 220, М 330, М 470, М 750, М 1500, М 2200. Под влиянием температуры изменяется также добротность конденсатора. Это вызывается изменением сопротивления проводников и диэлектрических потерь в диэлектриках. Увеличение потерь может быть особенно значительным при повышенных температурах.

8. 2 Влажность Под воздействием влажности изменяются диэлектрическая проницаемость воздуха и гигроскопичных диэлектриков, сопротивление изоляции, потери. Влагостойкость конденсаторов обеспечивается за счет - применения негигроскопичных диэлектриков, например, конденсаторной керамики; - пропитки гигроскопичных диэлектриков негигроскопичными смолами, восками, компаундами; - обволакивания; - опрессовки конденсатора пластмассами; - покрытия эмалями; - герметизации. Конденсаторы опрессованные в пласмассу, допуcкают нормальную работу при относительной влажности окружающего воздуха до 65 -7 -%, а герметизированные – до 95 -98%. 8. 3 Атмосферное давление Эксплуатация ЭА на ракетах, на самолетах и в высокогорных условиях связана с понижением атмосферного давления. Понижение давления сопровождается уменьшением емкости и электрической прочности конденсатора. Малочувствительны к понижению давления вакуумные и газонаполненные конденсаторы.

8. 4 Механические воздействия Механические усилия, возникающие в конденсаторах при ударах, вибрациях и ускорениях, вызывают отдельных деталей конструкций, влияющих на емкость. Особенно характерно влияние этих воздействий на конденсаторы переменной емкости. Так, например, конденсатор переменной емкости установленный на поршневом самолете дает изменение емкости до 0, 5%. Для борьбы с этими явлениями необходимо - упрочнять конструкцию; - увеличивать зазоры; - изготовлять пластины из толстых непружинящих материалов; - устранять по возможности механические резонансы или выводить их за пределы возможных частот вибраций. 9 Надежность Современные конденсаторы характеризуютcя следующими средними значениями интенсивности отказов для конденсаторов постоянной емкости от 1, 0 10 -6 ч-1 до 4 10 -6 ч-1 и для конденсаторов переменной емкости до 20 10 -6 ч-1. Наиболее частыми причинами преждевременных отказов конденсаторов являются пробой диэлектрика и обрыв цепи внутри конденсатора. Они вызываются недостатками конструкции и скрытыми производственными дефектами. Такими дефектами могут быть воздушные включения, способствующие развитию процессов ионизации.

Одним из специфических отказов является потеря контактного соединения между обкладками и выводом, возникающая лишь при малых напряжениях. Такое явление свойственно алюминиевым обкладкам с накладными выводами. Оно обусловлено возникновением на алюминиевой поверхности тонкой окисной пленки, которая разрушается уже при напряжениях в несколько вольт. Для устранения этого явления применяется пайка или приварка выводов к обкладкам. Постепенные отказы вызываются в основном процессами старения и окисления за счет увеличения потерь и уменьшения сопротивления изоляции. Скорость этих процессов возрастает при повышенных напряжениях и температурах, но особенно сильное влияние оказывает напряжение. Для повышения надежности конденсаторы рекомендуется использовать при напряжениях ниже номинальных и устранять возможности перегрева. Установлено, что интенсивность отказов конденсаторов возрастает примерно вдвое на каждые 8 -150 С повышения температуры. Напряжение на конденсаторе не должно быть выше 0, 8 Uном , а реактивная мощность – не выше 0, 7 номинальной. Особенно чувствительны к температуре электролитические конденсаторы. Так, например, повышение его температуры на 10 -150 С над допустимой уменьшает срок службы 8 -10 раз. Снижение рабочего напряжения по сравнению с номинальным сказывается относительно мало.

Параллельное соединение конденсаторов используется для увеличения емкости, широкополосности, реактивной мощности, стабильности контуров, надежности. Емкость параллельно соединенных конденсаторов где Сi – емкость i-го конденсатора. Добротность n параллельно соединенных конденсаторов где Q – общая добротность n параллельно соединенных конденсаторов; Qi – добротность i-го конденсатора с емкостью Сi. Для увеличения широкополосности используется цепь конденсаторов, состоящая из двух конденсаторов, один из которых обладает большой емкостью и повышенной индуктивностью, а другой – малыми индуктивностью и емкостью. Первый конденсатор обеспечивает малое сопротивление для токов низких частот, второй – для высоких. Рассматриваемое параллельное соединение конденсаторов часто используется на участках цепей, где неизбежно одновременное прохождение токов существенно различных частот. Параллельное соединение конденсаторов позволяет увеличить температурную стабильность емкости путем использования конденсаторов с ТКЕ разных знаков и значительно увеличить надежность электрической цепи в случае обрыва (к. з. происходит реже). Последовательное соединение конденсаторов применяется для уменьшения напряжеия на каждом конденсаторе группы. При этом необходимо учитывать, что напряжение на конденсаторах распределяется неравномерно из-за различия реактивного сопротивления.

Классификация и основные характеристики конденсаторов постоянной емкости По назначению - общего назначения, специального назначения. По характеру изменения емкости – постоянные, переменные, подстроечные. По виду диэлектрика - с газообразным диэлектриком, с твердым диэлектриком, с жидким диэлектриком. В свою очередь конденсаторы с газообразным диэлектриком делятся на воздушные, газонаполненные, вакуумные конденсаторы. Конденсаторы с твердым диэлектриком делятся на конденсаторы с неорганическим, органическим и оксидным (электролитические) диэлектриком. К конденсаторам с неорганическим диэлектриком относятся слюдяные, керамические, стеклянные. К конденсаторам с органическим диэлектриком относятся бумажные, металлобумажные, пленочные. По конструктивному исполнению в зависимости от внешних воздействий: незащищенные, неизолированные, уплотненные, герметичные.

Переменные подстроечные Переменные регулировочые В зависимости от способа монтажа По характеру изменения емкости Изолированные Неизолированные Защищенные Незащищенные Уплотненные КОНДЕНСАТОРЫ Постоянные Для микромодулей и микросхем Для печатного монтажа С твердым диэлектриком Для навесного монтажа По назначению С неорганическим диэлектриком Вакуумные С газообразным диэлектриком Специального назначения Общего назначения Газонаполненные Воздушные По виду диэлектрика По конструктивному исполнению С жидким диэлектриком

Условное обозначение конденсаторов Конденсаторы постоянной емкости Обозначение Система сокращенных обозначений конденсаторов: 10 Керамические на номинальное напряжение ниже 1600 В первый элемент - буква и сочетание букв, обозначающие подкласс конденсатора (К – постоянной емкости, КП – переменной емкости, КТ – подстроечные); Керамические на номинальное напряжение 1600 В и выше 15 Стеклянные 21 второй элемент – цифры обозначают группу конденсатора в зависимости от материала Стеклокерамические 22 диэлектрика; Тонкопленочные с неорганическим диэлектриком 26 третий элемент – цифры обозначают регистрационный номер типа конденсатора. В Слюдяные малой мощности 31 состав третьего элемента могут входить также и буквы Слюдяные большой мощности 32 Бумажные на номинальное напряжение ниже 2 к. В (фольговые) 40 Бумажные на номинальное напряжение 2 к. В и выше (фольговые) 41 Бумажные металлизированние 42 Оксидно-электролитические 50 Оксидно-электролитические танталовые, ниобиевые и др. 51 Объемно-пористые 52 Оксидно-полупроводниковые 53 С воздушным диэлектриком 60 Вакуумные 61 Полистирольные 71(70) Фторопластовые 72 Полиэтилентерефталатные 73(74) Комбинированные 75 Лакопленочные 76 Поликарбонатные 77 Полипропиленовые 78 Например, конденсатор оксидно-электролитический алюминиевый К 50 -7, конструктивного варианта «а» имеет сокращенное обозначение К 50 -7 а

Конденсатор переменной емкости вакуумный с воздушным диэлектриком с газообразным диэлектриком с твердым диэлектриком Обозначение второго элемента 1 2 3 4 Полное условное обозначение конденсатора состоит из - сокращенного обозначения; - обозначения и величины основных параметров и характеристик, необходимых для заказа и записи в конструкторской документации; - обозначения климатического исполнения; - обозначения документа на поставку. Например, конденсатор оксидно-электролитический алюминиевый К 50 -7, конструктивного варианта «а» , на номинальное напряжение 250 В, номинальной емкости 50 мк. Ф, всеклиматического исполнения «В» , поставляемій по ГОСТ 5. 635 -80 Е, имеет полное условное обозначение К 50 -7 а-250 В-50 мк. Ф-В ГОСТ 5. 635 -80 Е.

По конструктивному исполнению По виду диэлектрика Изолированные Неизолированные Защищенные Незащищенные Уплотненные КОНДЕНСАТОРЫ Неполярные пленки Переменные подстроечные Переменные регулировочые ВИДЕОСЮЖЕТ «История конденсаторов» Постоянные Для микромодулей и микросхем В зависимости от По характеру способа монтажа Металлобумажные изменения емкости Бумажные Пленочные конденсаторы Для печатного монтажа Специального назначения Общего назначения По назначению Слюдяные Керамические конденсаторы С жидким диэлектриком Для навесного монтажа С органическим диэлектриком С твердым диэлектриком С неорганическим диэлектриком Вакуумные Газонаполненные Воздушные С газообразным диэлектриком Полярные пленки

Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком Слюдяные конденсаторы представляют собой конструкции, состоящие из металлических обкладок и слюдяных пластин, выполняющих роль диэлектрика. Достоинства: - малые потери; - высокая стабильность; - относительно невысокая стоимость. Недостатки: - относительно большие размеры; - некоторое уменьшение сопротивления изоляции при длительной работе под постоянным напряжением. Конструктивно слюдяной конденсатор представляет собой плоский пакет, в котором пластины конденсаторной слюды чередуются с металлическими обкладками. Этот пакет сжат специальными обжимками с выводами.

Слюда Слюды — группа минералов-алюмосиликатов, обладающих слоистой структурой и имеющих общую формулу R 1(R 2)3 [Al. Si 3 O 10](OH, F)2, где R 1 =К, Na; R 2 = Al, Mg, Fe, Li. Слюда - один из наиболее распространённых породообразующих минералов интрузивных, метаморфических и осадочных горных пород, а также важное полезное ископаемое. Скальный обломок со слюдой Лист обработанной слюды

По способу защиты пакета от внешних воздействий слюдяные конденсаторы разделяются на конденсаторы открытого типа, опрессованные в пластмассу (чаще) и герметизированные (большие размеры, дорогие). По способу устройства обкладок они разделяются на конденсаторы с обкладками из фольги и с обкладками в виде слоя металлизации, нанесенного на слюду, например, методом вакуумного испарения или вжигания. В конденсаторах с обкладками из фольги между обкладками и диэлектриком неизбежно возникают воздушные прослойки. При изменении температуры или давления окружающего воздуха происходит изменение формы и размеров этих прослоек, что создает необратимые изменения емкости. Нанесение обкладок непосредственно на слюду исключает появление воздушных прослоек и повышает стабильность конденсатора. Однако, при этом возможно т. н. «мерцание» , т. е. скачкообразное изменение емкости, возникающих самопроизвольно из-за несовершенства контакта между основной обкладкой и отдельными краевыми участками. Применяются слюдяные конденсаторы в качестве блокировочных, переходных, в различных фильтрах и колебательных контурах и т. п. Промышленностью выпускается также ряд образцовых слюдяных конденсаторов для измерительной аппаратуры и мощные конденсаторы для высокочастотных генераторов.

Керамические конденсаторы представляют собой конструкции с керамической базовой деталью в качестве диэлектрика, на которую нанесены в соответствующих местах металлические слои (обкладки). Основные свойства керамических конденсаторов определяются свойствами керамики, из которых они изготавливаются. В зависимости от ее состава получается широкий диапазон значений диэлектрической проницаемости (от нескольких единиц до нескольких тысяч) и величин температурного коэффициента емкости. Особую группу керамических конденсаторов представляют вариконды. Они изготавливаются из сегнетокерамики и отличаются резко выраженной зависимостью емкости от приложенного напряжения. Так, например, при изменении напряжения от нескольких вольт до номинального их емкость может изменяться в 3 -6 раз и более.

Разновидности керамических конденсаторов

Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком Бумажные конденсаторы (например, типа КБГ) Бумажные конденсаторы состоят из двух длинных полос алюминиевой или свинцово-оловянной фольги, разделенных несколькими слоями специальной бумаги и свернуты в виде рулона. Для придания конденсатору формы рулон в специальных приспособлениях под давлением сжимают. В зависимости от конструкции выводов различают конденсаторы с вкладными выводами и конденсаторы с выступающей фольгой. В первом случае собственная индуктивность конденсатора значительно больше, чем во втором. Увеличение рабочего напряжения конденсатора достигается за счет применения нескольких слоев бумаги. Обычно число слоев бумаги в конденсаторе бывает не меньше двух, чтобы слабые места перекрывались нормальными. Основные параметры бумажных конденсаторов определяются свойствами бумаги, пропиточного состава, конструкцией выводов и герметичных швов корпуса. Для улучшения электрических свойств конденсатора необходимо производить сушку бумаги для удаления воды и пропитку. Для пропитанной бумаги: = 7… 10; tg от 10 -3 до 2, 5·10 -3.

Параметры конденсаторов: - рабочее напряжение – от 200 до 4000 В; - номинальные величины емкостей – от 0, 00047 до 10 мк. Ф; - температурный диапазон -40…+600 С или -60…+700 С, а для некоторых теплостойких типов конденсаторов верхний предел температуры может быть повышен до +1000 С; - tg сильно зависит от частоты (для f = 1 к. Гц tg 0, 01, а для f 100 Гц и f 1 МГц , tg 0, 1) и температуры (при температуре выше +60 0 С величина tg возрастает в 5 -6 раз, при температуре ниже нуля потери конденсаторов растут и имеют максимум при – (50 -60) 0 С. Длительная работа конденсатора при повышенной температуре вызывает старение диэлектрика, снижая электрическую прочность. В таком режиме целесообразно уменьшать рабочее напряжение в 1, 5 -2 раза. Бумажные конденсаторы применяются в цепях с частотой до 1 МГц.

Металлобумажные конденсаторы (например, типа МБ) имеют конструкцию, аналогичную бумажным конденсаторам, с той разницей, что вместо ленточных металлических электродов и бумаги в них используется бумажная лента, покрытая тонким слоем металла (алюминия или цинка) методом испарения в вакууме. Достоинства металлобумажных конденсаторов по сравнению бумажными являются более высокая удельная емкость и возможность к восстановлению. Первое объясняется тем, что переход от двух слоев бумаги. Минимально допустимое число слоев у бумажных конденсаторов) к одному позволяет увеличить удельную емкость в 4 раза. Дополнительное уменьшение объема обеспечивается за счет уменьшения толщины обкладок от 6 -7 до 0, 1 мкм. При этом рабочее напряжение конденсаторов типа МБ меньше, чем конденсаторов типа КБГ. Второе обусловлено особенностями процесса пробоя. При пробое выгорание тонкого металлического слоя значительно быстрее, чем бумаги. В момент времени, когда площадь выгоревшего слоя металла увеличивает расстояние между электродами до размеров, при которых существование активной ионизации возможно, процесс пробоя прекращается. После прекращения процесса пробоя некоторое время оплавление тонкого слоя металла еще продолжается. При этом расстояние между электродами увеличивается настолько, что для его дальнейшего пробоя требуется увеличение напряжения в несколько раз.

Способность металлобумажных конденсаторов самовосстанавливаться при пробое не оказывает существенного влияния на параметры конденсатора в случае, когда пробой происходит от кратковременного превышения номинальной величины заданного напряжения. При длительном и значительном превышении номинального напряжения от выгорания металлических электродов заметно уменьшается емкость конденсатора. Выход из строя бумажных конденсаторов происходит вследствие короткого замыкания. Для металлобумажных конденсаторов характерен выход из строя вследствие обрыва (выгорание электродов у выводов). Эта особенность позволяет включать последние параллельно, увеличивая тем самым надежность цепи. Электрические параметры металлобумажных конденсаторов близки к параметрам бумажных конденсаторов, заметно различаясь лишь на частотах 5… 10 к. Гц, где потери у металлобумажных конденсаторов в несколько раз больше, чем у бумажных. Металлобумажные конденсаторы применяются как в цепях постоянного так и переменного тока. В последнем случае амплитуда переменного напряжения не должна превышать 10 -15% допустимого номинального напряжения. Для работы при переменном напряжении до 50… 100% от номинального предназначены частотные конденсаторы МБГЧ.

Пленочные конденсаторы представляют собой конденсаторы с диэлектриком из синтетических пленок. Конструкция пленочных конденсаторов аналогична конструкции бумажных. Электрические параметры пленочных конденсаторов зависят от свойств используемой пленки. Для изготовления пленочных конденсаторов используются неполярные и полярные пленки. Неполярные пленки характеризуются небольшой величиной диэлектрической проницаемости (2 -2, 5), малым tg (5· 10 -4… 6· 10 -4) практически независящим от частоты и высоким удельным сопротивлением. К неполярным пленкам относятся пленки полистирола, полиэтилена, политетрафторэтилена (фторопласта). Полистирольные конденсаторы. Достоинства: - малая величина коэффициента абсорбции (поэтому находят широкое применение в специальных электроизмерительных и счетно-решающих устройствах); - линейная зависимость емкости от температуры (ТКЕ от -75 до -150· 10 -6 1/0 С) Недостатки: - небольшой допустимый температурный диапазон (от -40 до +500 С); - малая допустимая влажность воздуха (-80%); - небольшая удельная емкость. Фторопластовые конденсаторы. Достоинства: - высокая теплостойкость; - высокая влагостойкость; - высокая добротность. Недостатки: - небольшая удельная емкость; - относительно высокая стоимость.

Полярные синтетические пленки характеризуются повышенной величиной диэлектрической проницаемости, но при этом имеют большие потери. К ним относятся ацетат целлюлозы, политрифторхлорэтилен, полиэтилентерефталат (лавсан). Большой удельной мощностью обладают лакопленочные конденсаторы. Они изготавливаются на основе тонких диэлектрических пленок, получаемых отливкой из раствора (лака). Существующие технологии позволяют получать пленки толщиной до 3 мкм. Удельная емкость таких конденсаторов примерно в 3 раза больше, чем у металлобумажных. ВИДЕОСЮЖЕТ «Пленочные конденсаторы»

Электролитические конденсаторы отличаются высокой 2 3 1 4 удельной емкостью, обусловленной использованием в качестве диэлектрика тонкой оксидной пленки, образованной из вентильного металла электродов (алюминий, тантал, ниобий). Оксидная пленка имеет исключительно высокую электрическую прочность и обладает вентильными свойствами. Толщина слоя лежит в пределах 0, 01… 1, 0 мкм. При напряжении 100 В приложенном к пленке толщиной 0, 01 мкм создается напряженность электрического поля, равная 107 В/см, что в соответст1 – вентильный металл (анод); вии с ионной теорией кристаллов приближается к пре 2 – оксидный слой (Al 2 O 3); делу теоретической прочности. 3 – электролит; Жидкостные конденсаторы имеют лучшие условия 4 – металл (катодный вывод). охлаждения, могут работать при больших нагрузках и обладают свойством восстановления при пробое. Сухие конденсаторы имеют несколько меньшие потери и ток утечки, а также более простую конструкцию. В настоящее время такие конденсаторы получили наибольшее распространение. С жесткими выводами С гибкими выводами Для поверхностного монтажа

Основные достоинства электролитических конденсаторов: - большая емкость при относительно небольших размерах; - относительно низкая стоимость. Недостатки: - пониженная надежность; - низкая точность; - низкая стабильность емкости; - большие потери; - низкое сопротивление изоляции; - чувствительность к перенапряжениям и температуре (при повышении температуры емкость растет). Особенности конденсаторов с оксидным диэлектриком: - оксидные конденсаторы полярны, т. е. при их подключении необходимо соблюдать полярность (при неправильном подключении конденсатор разрушается); - ограниченное предельное напряжение (для Al – 600 В, для Ta – 175 В); - значительная величина токов утечки (для Аl – единицы м. А, для Ta – ед. мк. А). Для получения неполярных электролитических конденсаторов оксидный слой наносят на оба электрода или применяют встречное последовательное соединение двух одинаковых секций. В обоих случаях результирующая емкость уменьшается вдвое. Униполярные конденсаторы имеют большие размеры и допускают кратковременную работу в цепях переменного тока.

Современные конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за специально разрывающейся конструкции верхней крышки. Разрушение возможно из-за действия температуры и напряжения, не соответствовавших рабочим, или старения. Конденсаторы с разорванной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вспучена но еще не разорвана — скорее всего скоро он выйдет из строя или сильно изменятся параметры, что сделает его использование невозможным.

Для изготовления анодов алюминиевых конденсаторов применяется алюминий высокой степени чистоты, т. к. наличие примесей может быть причиной быстрой коррозии анода и разрушения конденсатора. При этом анод изготавливается из гладкой фольги или из фольги с искусственно увеличенной поверхностью. Второй вариант достигается путем обработки фольги электролитическим способом в растворах, растворяющих алюминий. Конденсатор с травленной фольгой позволяет увеличить удельную емкость в 3 -4 раза по сравнению с конденсаторами с гладкой фольгой. При этом ухудшается морозостойкость, достигая – 400 С (для конденсаторов с гладкой фольгой морозостойкость на уровне – 600 С). Алюминиевые электролитические конденсаторы изготавливают с диапазоном емкостей от единиц до нескольких десятков тысяч мк. Ф для напряжений от 6 В до 50 В. Особенности эксплуатации алюминиевых электролитических конденсаторов: - расформовка при длительном хранении (возрастание тока утечки); - появление за счет электрохимических процессов Э. Д. С. (0, 3 -0, 4 В).

Танталовые электролитические конденсаторы имеют улучшенные характеристики по сравнению с алюминиевыми вследствие более высокой химической стабильности окиси тантала и малым удельным сопротивлением рабочих электролитов, которыми являются растворы серной кислоты и хлористого лития. Достоинства танталовых конденсаторов по сравнению с алюминиевыми: - увеличенный срок службы; - меньшее изменение электрических характеристик при длительном хранении; - увеличенный верхний предел температуры; - повышенное значение диэлектрической проницаемости, что дает увеличение удельной емкости в 2, 5 раза по сравнению с алюминиевыми, а для тантало- вых конденсаторов жидкостного типа с объемно-пористым анодом увеличе ние удельной емкости достигает от 5 до 10 раз и выше. Недостатком танталовых конденсаторов является их более высокая стоимость.

В танталовых оксидно-полупроводниковых конденсаторах вместо жидкостного электролита используется твердый электронный проводник (двуокись марганца Mn. O 2). Основной особенностью оксидно-полупроводниковых конденсаторов является возможность их использования при низких температурах вплоть до -800 С. Верхний предел понижен и не превышает +850 С. Обычные пределы напряжения составляют 6… 35 В, что ниже по сравнению с жидкостными танталовыми конденсаторами. В ниобиевых конденсаторах (тип К 53 -4) в качестве вентильного материала используется ниобий, наиболее близкий по характеристикам к лантану, но менее дорогой и не столь дефицитный. Толщина оксидного слоя ниобиевых конденсаторов больше, чем у танталовых и поэтом у выигрыш по удельной емкости меньше.

Особенности применения оксидных конденсаторов в цепях питания микропроцессоров Для повышения надежности работы компьютера сильно нагревающиеся узлы (процессоры, транзисторы блока питания) снабжают теплоотводами, устанавливают вентиляторы. Микропроцессоры являются сложными нагрузками для источников питания и генерируют в цепях питания токи широкого спектрального состава и большой мощности. Максимальные токи генерируются при 100%-ной загрузке микропроцессора. DD 1 L 1 C 1 -C 3 1500 мк. Фx 6, 3 В C 2 C 3 Cвч CК Cнч Напряжение питания через дроссель L 1 и фильтр из трех оксидных конденсаторов C 1 -C 3 емкостью 1500 мк. Ф подается на выводы питания процессора. Конструктивная емкость CК имеет малую собственную индуктивность и поэтому хорошо шунтирует высокочастотные (более 100 МГц) составляющие мощности генерируемых шумов. В качестве C 1 - C 3 применены высококачественные оксидные конденсаторы с предельной рабочей температурой +1050 С, способные рассеивать мощность 0, 5… 5 Вт. Предотвращение проникновения в оксидные конденсаторы высокочастотных составляю При высоких температурах наружного воздуха и высокой загрузке процессора происходит щих (вплоть до десятков мегагерц) возможно путем установки в непосредственной близости рост потерь (увеличение tg δ из-за повышенной температуры и увеличенных токов, генериот выводов процессора бескорпусного керамического конденсатора емкостью 0, 033 мк. Ф, а руемых процессором). В процессе длительной работы нагрев корпусов конденсаторов досдля преграды низкочастотным составляющим (до сотен килогерц) включить керамический тигает +60… 800 С. При длительной работе в таком режиме возможен выход из строя конконденсатор емкостью 3, 3… 4, 7 мк. Ф. Из-за малого tg δ таких конденсаторов шунтирование денсатора, что, в свою очередь, приводит к ухудшению качества фильтрации и увеличене приводит к их нагреву. Такое подключение позволяет повысить надежность работы нию температуры конденсаторов, а значит к возможности сбоев в работе компьютера в любых и, в том числе, предельных режимах.