Типы конденсаторов. Основные типы конденсаторов

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:

1. Устройства с постоянной емкостью.
2. Приборы с переменным видом емкости.
3. Построечные 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.

1. 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.
2. 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.

Переменные конденсаторы обычно изготавливаются с механическим и электрическим управлением емкости.

С механическим управлением емкости конденсатор содержит две системы параллельных пластин, одна из которых подвижна ее называют ротор. При этом ротор заходит в зазор между пластинами это перемещение изменяет активную площадь, а следовательно и емкость. Неподвижную пластину называют статором.

В качестве изолятора может использоваться воздушный зазор или полимерная пленка (что чаще всего).

Пластина ротора может иметь разную форму, это позволяет получать нужную зависимость от угла поворота (прямолинейная, логарифмическая зависимость). Механически можно изменять емкость за счет изменения зазора между пластинами - т.е. изменение емкости на небольшое значение.

По последнему варианту (зазор между пластин) изготавливают подстроечные конденсаторы, распространенные в ЭА. Конденсаторы переменной емкости с механическим управлением успешно заменяют в ЭА обычные переменные конденсаторы т.к. у конденсаторов с электрическим управлением более малые габариты, они не чувствительны к вибрации, их можно применять как для дистанционного управления, так и для автоматического регулирования.

Недостатки переменных конденсаторов с электрическим управлением:

· Невысокая добротность;

· Стабильность ниже, чем у механических конденсаторов.

2.8.2. Виды переменных конденсаторов с электрическим управлением:

· Варикапы;

· Варакторы;

· Вариконды.

В первых двух видах используется емкость обратно–смещенного p–n перехода и ее зависимость от приложенного напряжения (используется барьерная емкость p –n перехода).

В варикондах используется зависимость диэлектрической проницаемости от приложенного напряжения. Вариконды характеризуются низкой стабильностью и применяются реже.

Варикапы и варакторы отличаются уровнем переменного сигнала.

Варакторы работают в режиме большого сигнала, где резко проявляется нелинейность вольт–фарадной характеристики (ВФХ). Варакторы используют в умножителях частоты.

Варикапы работают в режиме малых сигналов и их используют для перестройки колебательных контуров, последние используются чаще других.

Барьерная емкость обратно–смещенного p–n перехода определяется как:

где - емкость p–n перехода при нулевом смещении, зависящая от площади p–n перехода и концентрации примеси.

Напряжение смещения ( <0).

Контактная разность потенциалов для Si 0,7÷1 В.

n - показатель степени, зависящий от распределения примеси вблизи p–n перехода.

Зависимость барьерной емкости (С б) от обратно–смещенного напряжения (U обр) для варикапа представлена на рис. 30.

ВФХ на рис. 30. приводиться для разных значений n, n=1/3 характерна для плавного перехода получаемая диффузией, n=1/2 характерна для резкого перехода, с резким различием концентрирующиеся примеси в p–n областях (что характерно для сплавных переходов или с использованием эпитаксии).

Схема образования барьерной емкости (С б) представлена на рис. 31.

На рис 31.: 1 – Технологическая граница; 2 – граница области объемного носителя; 3 – ионы; 4 – внешние выводы.

При положении U обр вблизи технологической границы перехода образуется объединенная подвижными носителями заряда область. В этой области остаются два слоя положительно–отрицательных ионов, они служат обкладками конденсатора. Чем больше U обр тем шире объединенная область, т.е. больше расстояние между обкладками и меньше емкость. Из этого следует что зависимость С б от U обр для сверх резкого перехода будет иметь самый крутой характер.

2.8.3. Параметры варикапов:

· Номинальная емкость при номинальном напряжении (U н ≈4В);

· Минимальная емкость (С min) при максимально допустимом обратном напряжении (U обр ≈20÷50В);

Внешне варикап похож на миниатюрный диод и имеет размеры 3–4 мм.

Применяется варикап на частоте до 100 МГц, емкость 20÷600 пФ, добротность 25÷500.

Вариконды отличаются от варикапов и варакторов тем, что с их помощью можно получить емкости до сотен ГГц, при частотном диапазоне от сотен кГц до 10ГГц.

Вапиконды изготавливаются на основе сегнетокерамики, которая в определенном интервале температуру или напряжений обладает самопроизвольной поляризацией.

Сегнетокерамика производиться на основе титанов, церконатов, станатов, щелочных щелочноземельных и других материалов. Для них характерно низкий tg δ, высокое удельное сопротивление > 10 10 Ом см, где прочностное от 4 до 10 кВ мм и изменение диэлектрической проницаемости в широком пределе ε=BaTiO 3 = 1000 при температуре 20 0 С, при 120 0 С ε=20000.

Сегнетоэлектрики проявляют нелинейную зависимость емкости от напряжения электрического поля и от приложенного напряжения.

Технология изготовления варикондов более дешевая, керамическая, толстопленочная технология реже тонкопленочная технология. Чаще всего используют керамику на основе BaTiO 3 .

Что касается конденсаторов на основе органических материалов, то их существует большое разнообразие с использованием полярных и неполярных материалов диэлектрика. Полярные обычно используют для низкочастотных цепей, а неполярные используют в СВЧ целях.

В данной статье рассмотрены конденсаторы многих типов, их практическое применение, принцип действия, а также маркировка конденсаторов, способы их соединения, SMD конденсаторы. Даны практические рекомендации по выбору электролитических конденсаторов.

Согласно статистики конденсаторы является лидерами среди всех электронных элементов по количеству содержания в печатных платах различных электронный устройств, даже опережают по этому показателю.

Конденсатор характеризуется способностью накапливать энергию электрического поля, а конструкция его чрезвычайно проста и представляет собой две металлические (токопроводящие) пластинки между которыми находится диэлектрик (рис. 1 ). В качестве диэлектрика применяется нетокопроводящий материал, обладающий определенными свойствами или воздух.

Рис. 1 — Упрощенная конструкция конденсатора

Принцип действия конденсатора заключается в следующем. Если к одной пластинке подвести положительные заряды, а к другой отрицательные, то заряды разной полярности будут стремиться притянутся друг к другу. Но поскольку пластинки разделены диэлектриком, то заряды останутся на своих пластинках, то есть будут накапливаться на них. В этом и состоит основное свойство конденсатора (рис. 2 ).

Рис. 2 — Принцип действия конденсатора

Так как пластинки (их еще называют обкладками) конденсатора разделены нетокопроводящим материалом (диэлектриком), ток через него протекать не может. Постоянный ток в цепи с конденсатором протекает лишь во время его зарядки, то есть до тех пор, пока напряжение на обкладках не достигнет величины источника питания. Когда значение напряжения на конденсаторе достигнет значение источника питания, тогда прекратится зарядка конденсатора и ток в цепи перестанет протекать.

Если говорить более научно, то зарядка конденсатора прекращается тогда, когда все молекулы диэлектрика поляризуются.

Если к цепи с конденсатором приложить переменное напряжения, то в ней все время будет протекать переменный ток. Это объясняется тем, что конденсатор постоянно перезаряжается (молекулы диэлектрика поляризуются то в одном направлении, то в другом, в зависимости от знака приложенного напряжения), поскольку переменное напряжение изменяется как по направлению, так и по величине.

Из сказанного выше следует запомнить, что постоянный ток в цепи с конденсатором протекает только в момент его зарядки или разрядки. Переменное напряжение “вынуждает” конденсатор находится всегда в режиме заряда-разряда (перезаряда), поэтому переменный ток всегда как бы протекает через конденсатор.

Еще проще (но не совсем корректно): конденсатор «не пропускает» постоянный ток (представляет для него разрыв или бесконечно высокое сопротивление), а «пропускает» переменный ток (чем выше частота переменного тока, тем ниже сопротивление конденсатора току).

Конденсаторы имеют различную форму и размеры. Величина их колеблется от размеров головки спички до размеров холодильника. Однако в практике электронщиков наиболее часто встречаются конденсаторы, общий вид которых показан на рис. 3 .

Рис. 3 – Конденсаторы. Внешний вид

Емкость конденсатора

Основным параметром конденсатора является емкость С (от английского слова Capacitance – емкость ). Емкость конденсатора С зависит от площади его пластин S , расстояния между ними d и от типа применяемого диэлектрика ε

Как видно из формулы, емкость конденсатора возрастает с увеличением площади пластин и снижается с увеличением расстояния между ними. Также емкость конденсатора во многом определяется и типом применяемого диэлектрика, а именного величиной его диэлектрической проницаемости ε , которая показывает во сколько раз заряд конденсатора с диэлектриком больше заряда конденсатора тех же размеров в вакууме. Следовательно ε безразмерная величина. Для воздуха ε = 1 , для сухой бумаги ε = 2 , для фарфора ε = 4,5 , для конденсаторной керамики ε = 10…200 . Исходя из этого, если вместо воздуха использовать бумагу, то емкость конденсатора вырастет в два раза при тех же размерах, если фарфор – в 4,5 раза, а если применять керамику, то емкость возрастет в 10…200 раз или, при заданной емкости, можно уменьшить габариты в почти пропорциональное число раз. Поэтому наибольшее применение в плоскостных конденсаторах нашла керамика (рис. 4).

Рис. 4 – Керамические конденсаторы

Единица измерения емкости – фарад (Ф) . Названа в честь английского физика Майкла Фарадея. Это очень большая единица измерения, поэтому на практике чаще пользуются меньшими единицами измерения емкости – микрофарад (мкФ), нанофарад (нФ), пикофарад (пФ) (табл. 1 ).

Таблица 1 – Величины емкости

Различают конденсаторы постоянны, переменные и подстроечные .

Постоянные конденсаторы

Постоянны – это конденсаторы емкость которых нельзя изменить без вмешательства в их конструкцию. Постоянные конденсаторы имеют огромное разнообразие как по конструктивным, так и по функциональным признака. Наиболее часто встречаются конденсаторы, общий вид которых показан на рис. 5.

Рис. 5 — Конденсаторы постоянной емкости. Внешний вид

Переменные конденсаторы

Переменные конденсаторы предназначены для изменения емкости непосредственно в процессе работы электронной аппаратуры. Наиболее характерным примером служит конденсатор резонансного колебательного контура приемника. Вращение рукоятки приемника приводит к изменению емкости конденсатора и соответственно к изменению резонансной частота приемка. За счет этого мы переключаемся из одной радиостанции на другую. Однако сегодня такие конденсаторы практически полностью вытеснены варикапами, которые имеют гораздо меньшие габариты, а емкость их изменяется в зависимости от величины приложенного напряжения. Общий вид конденсатора переменной емкости показан на рис. 6, а варикапов на рис. 7.

Рис. 6 — Внешний вид конденсатора переменной емкости

Рис. 7 — Варикапы. Внешний вид

Подстроечные конденсаторы (рис. 8) используют для точной настройки аппаратуры. Емкость их изменяют лишь в процессе подстройки аппаратуры. Наиболее часто такие конденсаторы применяются для регулирования частоты колебательных контуров, частоты различных генераторов, а также используются для калибровки измерительных щупов осциллографов и других измерительных приборов с целью компенсации собственной емкости самого щупа.

Рис. 8 — Подстроечные конденсаторы

В отдельную группу можно выделить электролитические конденсаторы (рис. 9) . Хотя они и относятся к классу конденсаторов постоянной емкости, но все же имеют некоторые характерные особенности. Главной особенностью является большая емкость конденсатора при малых его габаритах. Другое отличие состоит в том, что такие конденсаторы имеют полярность. Один вывод является положительным “+”, а другой – отрицательным “-”. Поэтому при включении таких конденсаторов в электрическую цепь нужно обязательно соблюдать полярность ! Иначе конденсатор выйдет из строя. Существуют и неполярные электролитические конденсаторы. Их можно использовать в цепях переменного тока. Однако преобладающее большинство среди электролитические конденсаторов составляют полярные конденсаторы. Они преимущественно используются в качестве сглаживающих фильтров в цепях выпрямленного напряжения.

Рис. 9 — Электролитические конденсаторы

Диэлектриком в таких конденсаторах служит оксидный слой, нанесенный на металлическую обкладку, которая подсоединяется к одному выводу конденсатора. Другим выводом является электролит или слой полупроводника.

В советских электролитических конденсаторах маркировался положительный вывод. На корпус возле этого вывода наносился знак “+”. В современных конденсаторах обозначается отрицательный вывод, возле которого ставится знак “-”, а сам вывод имеет меньшую длину чем положительный вывод (рис. 10 ).

Рис. 10 — Обозначение отрицательного вывода электролитического конденсатора

На корпусе электролитического конденсатора указываются три параметра: номинальная емкость, максимально допустимое напряжение и максимальная рабочая температура .

Всегда нужно помнить, что максимально допустимое напряжение (то, которое указано на корпусе конденсатора) должно быть больше напряжения, которое на него может быть подано в схеме. В противном случае увидите, как взрываются электролитические конденсаторы. Часто рекомендуют оставлять запас по напряжению не менее 20 %.

Запомните! Лучше взять конденсатор с большим допустимым напряжением.

По аналогии нужно следить и за максимальной рабочей температурой конденсатора.

Маркировка конденсаторов

Применяются несколько типов маркировки конденсаторов: цифирно-буквенная, цветовая и цифирная, а также комбинированная, например цифры с буквами обозначают одни параметры, а цвет корпуса или цветовая метка на нем указывают на иные параметры.

При цифирно-буквенной маркировке цифры обозначают величину, а буквы размерность емкости конденсатора. На советских конденсатора буквы могут быть как русского (т. е. кириллица) алфавита либо латинского алфавитов. Например надпись 22 n обозначает емкость конденсатора 22 нанофарад (нФ); 120 p и 270 p обозначают емкость 120 пикофарад (пФ) и 270 пФ соответственно (рис. 11).

Рис. 11 – Цифирно-буквенная маркировка конденсаторов

Если на корпусе конденсатора нанесены только цифры, то они указывают емкость в пикофарадаф (рис. 12 ). Следует запомнить, что отправной величиной размерности емкости конденсатора при всех типах маркировки, если дополнительно не указывается приставка размерности, является пикофарад .

Рис. 12 – Маркировка конденсаторов: 1500 пФ и 33000 пФ соответственно

При “чисто” цветовой маркировке (рис. 13 ) корпус конденсатора окрашивается в определенный цвет или (и) наносится цветная метка. В таком случае для расшифровки номинала конденсатора понадобится справочник.

Рис. 13 – Конденсаторы с цветовой маркировкой

Цветовая и цифирно-буквенная маркировка уже практически не применяются, особенно для малогабаритных конденсаторов. Сейчас широко используется цифирное кодирование , которое занимает значительно меньше места на корпусе конденсатора по сравнению с цифирно-буквенным, поэтому практичнее в применении.

Цифирное кодирование или маркировка конденсаторов

При цифирном кодировании используются три цифры. Первые две цифры указывают мантиссу, а третья множитель, т. е. количество нулей после первых двух цифр. Например, число 102 обозначает 10×10 2 и равно 1000 пикофарад (рис. 14 ). Как уже было сказано выше, отправной величиной в маркировке конденсаторов является пикофарад . Чисто 224 обозначает 22 и четыре нуля и равно 220000 пФ = 220 нФ = 0,22 мкФ. Номиналы конденсаторов принято называть в пикофарадах либо микрофарадах; “нанофарадами” и “милифарадами” редко пользуются в обиходе.

Рис. 14 — Цифирное кодирование конденсаторов

Кроме емкости конденсаторы имеют еще ряд важных характеристик, некоторые из них наносятся на корпус в виде маркировки, остальные можно узнать только воспользовавшись соответствующим справочным материалом. К таким характеристикам относятся: рабочее напряжение, температурный коэффициент емкости, тангенс угла потерь, сопротивление изоляции и др.

Рабочее напряжение конденсатора

Рабочее напряжение – наибольшее напряжение между обкладками конденсатора, при котором он нормально работает длительное время. Это напряжение нельзя превышать поскольку произойдет пробой диэлектрика и конденсатор выйдет из строя. Как правило, указывается напряжение для постоянного тока. При использовании конденсатора в сети переменного тока, например 220 В, рабочее напряжении конденсатора должно быть не менее 220×1,41 = 311 В. 220 В – это действующее напряжение сети. Именно действующее напряжение указывается на корпусах бытовых электрических и электронных приборов, на розетках. К тому же мультиметром мы измеряем только действующее значение переменного напряжения. Для определения амплитудного значения нужно действующее умножить на √2 , т. е. на 1,41.

На конденсаторах, работающих в цепях относительно высокого напряжения, всегда наносится маркировка допустимой величины напряжения. К таким конденсаторам относятся электролитические, пленочные, бумажные и металлобумажные конденсаторы (рис. 15 ).

Рис. 15 – Бумажные и металлобумажные конденсаторы

Температурный коэффициент емкости конденсатора

Емкость конденсатора, которая указывается на его корпусе называется номинальной и приводится для температуры окружающей среды 20° С. Однако, с изменением ее температуры будет изменяться также и емкость. Кроме того, во время работы из-за наличия потерь энергии конденсатор нагревается, что также вызывает изменение его емкости. Такие колебания емкости в зависимости от температуры крайне нежелательны для электронной измерительной аппаратуры высокого класса точности, поскольку могут привести к погрешностям в измерениях. Конденсаторы, емкость которых значительно зависит от температуры, не рекомендуется использовать в различных генераторах частоты, поскольку колебания температуры будут вызывать колебания частоты сигнала генератора.

Параметр конденсатора, который учитывает изменение его емкости под воздействием температуры называется температурным коэффициентом емкости. Значения ТКЕ приводятся в справочника (даташитах), а на корпусе конденсатора соответствующая маркировка в виде определенного цвета или буквы. Существуют конденсаторы с положительным и отрицательным ТКЕ. В первом случае при нагревании конденсатора емкость его увеличивается, а во втором – снижается.

В общем, ТКЕ характеризует стабильность значения емкости при изменениях температуры.

Тангенс угла потерь

Во время работы конденсатора всегда возникают потери энергии, которые приводят к его нагреву. Основная часть этих потерь энергии главным образом сосредоточена в диэлектрике и характеризуется тангенсом угла потерь tg δ , а сами потери пропорциональны этому углу. Конденсаторы с высокочастотной керамикой обладают наименьшими потерями.

Величина, обратная tg δ , называется добротностью: Q C =1/ tg δ . У конденсаторов хорошего качества она выше тысячи.

Технологично трудно изготовить конденсатор строго определенной емкости. Поэтому все конденсаторы, как и любые другие электронные элементы имеют допуск на отклонение от номинального значения, который еще называют классом точности, а номиналы конденсаторов находятся в его пределах.

Существуют три основных класса точности:

• I класс – допустимое отклонение ±5% (Е24)
• II класс – допустимое отклонение ±10% (Е12)
• III класс – допустимое отклонение ±20% (Е6)

В таблице 2 приведены стандартные значения емкости в зависимости от класса точности конденсаторов. Чтобы узнать номинальную емкость конденсатора, к примеру I класса, достаточно значение из таблицы умножить на 0,1; 1; 10; 100; 1000 и т.д. Например, если взять из таблицы число 10 и умножить его 0,1; 1; 10, то получим емкость 10×0,1 = 1 пФ; 10×1 = 10 пФ; 10×10 = 100 пФ. Поскольку I класс имеет допуск ±5% , то действительные значения емкости могут находиться в пределах 0,95…1,05 пФ; 9,5…10,5 пФ; 95…105 пФ. Поэтому не стоит искать конденсаторы I класс с номинальной емкость, например 58 пФ или 65 пФ, потому что они попросту не изготавливаются таких номиналов.

Таблица 2 — Ряды стандартных номиналов конденсаторов

Конечно, существуют и другие более высокие классы точности, например 0,1 %, ±0,2 %, ±0,5 %, ±1 %, ±2 %. Конденсаторы такого класса называют прецизионными , стоимость их выше стоимости конденсаторов более низкого класса точности, поэтому оправдано применение их лишь в технике высокого класса точности.

Маркировка SMD конденсаторов

Если посмотреть на печатную плату любого современного устройства, например мобильного телефона, ноутбука, планшета, компьютера, то врятли мы увидим на ней привычной для нас формы и размеров конденсаторы. Вместо них мы увидим множество плотно расположенных SMD-конденсаторов (рис. 16 ). Их еще называют бескорпусные или чин-конденсаторы . Они используются для поверхностного монтажа. Основным преимуществом таких конденсаторов по сравнению с выводными являются значительно меньшие габариты, что позволяет при тех же характеристиках получить устройство гораздо компактнее и легче.

Рис. 16 — Конденсаторы SMD. Внешний вид

Такие конденсаторы имеют ряд стандартных размеров (табл. 3 ), которые нужно знать при разводке схемы.

Таблица 3 — Размеры конденсаторов SMD

Обозначение емкости конденсатора SMD, значение которой наносится на его корпус, может иметь вид цифирного кодирования (как у конденсаторов, имеющих выводы), но чаще имеет маркировку в виде одной либо двух букв с цифрой. Если используется одна буква, то она обозначает число, приведенное в таблице 4 . Если две буквы, то вторая обозначает число из таблицы, а первая производителя. Цифра, следующая за буквой или буквами указывает на 10 в какой степени нужно умножить число из таблицы. Например, маркировка G 3 расшифровывается как 1,8×10 3 = 1800 пФ; А1 – 1×10 1 = 10 пФ и т. д.

Часто на SMD-конденсаторах вовсе отсутствует маркировка, поэтому не лишним буде обзавестись измерителем емкости.

Таблица 4 — Маркировка SMD конденсаторов

В маркировке электролитических конденсаторов обязательно обозначается отрицательный вывод “-” (рис. 17 ). Как правило верхняя часть корпуса закрашивается в черный цвет со стороны этого вывода. Также всегда на корпус наносится значение рабочего напряжения конденсатора. Как и у “обычных” электролитических конденсаторах, значение емкости у SMD-них указывается к микро фарадах .

Рис. 17 — Маркировка электролитических SMD конденсаторов

Условное графические обозначение конденсаторов

Условное графическое обозначение (УГО) – это обозначение конденсаторов (и других элементов) на чертежах электрических схем (табл. 5 ). Существует много типов конденсаторов, соответственно и их обозначений. Однако общим для них всех в обозначении есть две параллельно рядом расположенных черточки, которые символизируют пластины конденсатора. Для электролитических конденсаторов указывается еще и полярность подключения. Как правило, – это знак “+” возле одной из параллельных черточек. Кроме того, помимо емкости для таких конденсаторов обязательно указывается максимальное напряжение. К примеру, надпись на схеме 10×50 В означает, что нужно применить конденсатор емкостью 10 мкФ с допустимым напряжением (то, что указано на корпусе конденсатора) не ниже (выше можно) 50 В (рис. 18 ).

Таблица 5 — Обозначение конденсаторов на схемах

Рис. 18 — Выбор электролитического конденсатора по напряжению

СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ

В случае отсутствия конденсатора необходимого номинала емкости или напряжения можно получить требуемый эквивалентный номинал путем соединения нескольких конденсаторов. Применяются последовательное, параллельное и смешанное соединения.

При параллельном соединении (рис. 19 ) общая емкость равна сумме емкостей всех конденсаторов:

С общ = С 1 + С 2 +…+С n .

Образно можно представить, что параллельно соединенные пластинки (обкладки) образуют одну пластину большей емкости, а как мы помним, с увеличением площади обкладок возрастает емкость конденсатора.

Рис. 19 – Схема параллельного соединения конденсаторов

Напряжение на обкладках всех конденсаторов будет одинаковым и равно напряжению, приложенному к общим выводам.

При соединении электролитических конденсаторов нужно обязательно соблюдать полярность включения (рис. 20 ).

Рис. 20 – Схема параллельного соединения электролитических конденсаторов

При последовательном соединении (рис. 21 ) общая емкость всех конденсаторов буде меньше наименьшей емкости отдельного конденсатора и определяется по следующей формуле

Рис. 21 – Схема последовательного соединения конденсаторов

Поэтому такое соединение применяется в случае отсутствия конденсатора с нужным допустимым напряжением. К общим выводам соединенных конденсаторов можно приложить большее напряжение, чем к каждому по отдельности (рис. 22 ). Приложенное напряжение распределяется пропорционально величины емкости каждого из них.

Рис. 22 – Схема последовательного соединения двух конденсаторов

При соединении электролитических конденсаторов нужно учитывать их полярность (рис. 23 ).

Рис. 23 – Схема последовательного соединения электролитических конденсаторов

Смешанное соединение применяется довольно редко и как правило в том случае, когда нужно объединить положительные свойства последовательного и параллельного соединений.

Хранить конденсаторы удобнее всего в спичечных коробках склеенных в единый блок (рис. 24 ).

Рис. 24 — Контейнер для хранения конденсаторов

Рис. 6. Конденсатор переменной емкости

и его схематическое изображение Внизу: блок пеоеменных конденсаторов и его изображение на схемах

КОНДЕНСАТОРЫ ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ

Настройка колебательного контура радиоприемника производится конденсатором переменной емкости. Основными частями такого конденсатора являются латунные, медные или алюминиевые пластины, собранные в две группы Пластины одной группы укрепляются неподвижно, а пластины другой группы, имеющие форму, близкую к полукруглой, крепятся на металлической оси (рис. 6). При вращении оси подвижные пластины входят в промежутки между неподвижными пластинами, не соприкасаясь с ними, так, что между подвижными и неподвижным*? пластинами остается небольшой воздушный промежуток. Пластины одной группы не имеют металлического соединения с пластинами другой группы, что достигается применением изоляционных материалов. Для включения конденсатора переменной емкости в контур, он имеет контакты для припайки проводов: один из контактов соединяется с группой подвижных пластин (ротором), а другой - с группой неподвижных пластин (статором). Иногда для соединения с группой неподвижных пластин имеется несколько контактов. Когда ось конденсатора повернута так, что подвижные пластины полностью находятся между неподвижными, конденсатор имеет максимальную емкость; когда же ось конденсатора повернута на пол-оборота (на 180°) от этого положения, конденсатор имеет минимальную емкость. Последняя называется также начальной емкостью. При промежуточных положениях подвижных пластин емкость конденсатора имеет промежуточную величину, причем она тем больше, чем большая часть подвижных пластин находится между неподвижными пластинами. Настройка колебательного контура производится путем вращения оси переменного конденсатора.

Рис. 7. Формы пластин ро-оров переменных конденсаторов: а - прямо^мкостного; б - прямоволнового; в - прямсчзстотного; г-* среднелинейного (логарифмического)

Когда подвижные пластины полностью выдвинуты из промежутков между неподвижными пластинами, контур настроен на самую высокую частоту (самую короткую волну) из тех, на которые его можно настроить при данной катушке индуктивности. По мере того как подвижные пластины входят в промежутки между неподвижными, настройка контура плавно изменяется: он настраивается на все меньшие и меньшие частоты (длина волны увеличивается). Когда подвижные пластины полностью находятся между неподвижными, контур настроен на самую малую частоту (самую длинную волну), которую можно получить при данной катушке. Конденсаторы переменной емкости, применяемые в радиовещательных приемниках, в большинстве случаев обладают максимальной емкостью 450-500 пф и начальной емкостью порядка 15-25 пф.

В многоламповых приемниках имеется по два-три колебательных контура, которые должны настраиваться одновременно. Для упрощения процесса настройки этих приемников подвижные (роторные) пластины переменных конденсаторов укрепляются на общей оси. Такие узлы, собранные из нескольких конденсаторов, называются блоками переменных конденсаторов.

Для подгонки конденсатора по емкости применяются разрезные вото^ные пластины, секторы которых изгибаются в процессе подгонки.

По характеру зависимости изменения емкости от угла поворота и формы (рис. 7) подвижных пластин различают конденсаторы: п р я м о е м-костные, емкость которых изменяется пропорционально углу поворота подвижных пластин (углу, на который подвижные пластины введены в зазоры неподвижных); прямоволновые, с которыми длина волны контура изменяется пропорционально этому углу; прямочастотные, с которыми частота контура изменяется пропорционально углу: среднелинейные (логарифмические), относительное (процентное) приращение емкости у которых на 1° шкалы остается постоянным в любом ее месте.

КОНДЕНСАТОРЫ ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ ПРИЕМНИКАХ

Тип приемника

Количество

секций конденсатора

Пределы изменения емкости, пф

АРЗ-49, АРЗ-51 „Искра",Москвич В" (третий вариант), „Рекорд", „Рекорд-47 в, „Салют"......

„Балтика", „Балтика-52"..............

„Восток-49", „Электросигнал-2"..........

Латвия", „Мир".................

„Минск", *Минск-Р7", „Пионер"..........

„Минск-С4"....................

„Москвич", „Москвич-В".............

„Москвич-В" (второй вариант), „Урал-47", „Урал-49" „Рига Т-755", „Таллин-Б-2", VV-662, VV-663 . . . .

„Рмга-6".....................

Рига Б-912"...................

2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 1

17 - 500 12 - 540

12 - 540 12 - 450 15 - 460 10 - 450 15 - 520 10 - 500 15 - 500 12 - 500

КОНДЕНСАТОРЫ ДЛЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ЦЕПЕЙ

В низкочастотных цепях радиоаппаратуры применяются слюдяные конденсаторы, конденсаторы с диэлектриком из бумаги, пропитанной вазелином или церезином и конденсаторы с диэлектриком из стирофлекса (полистирольной пленки). Конденсаторы последних двух типов имеют фольговые обкладки и называются соответственно бумажными и полистирольными (стирофлекс-ными). В усилителях низкой частоты, собранных на полупроводниковых приборах, в качестве переходных конденсаторов применяются электролитические конденсаторы. В качестве диэлектрика в последних используется тонкая оксидная пленка на поверхности алюминиевой фольги.

В настоящее время в промышленном производстве радиоаппаратуры применяются главным образом конденсаторы типа КБГ (Конденсаторы Бумажные Герметизированные). Обкладки таких конденсаторов и бумажные ленты свертываются в трубку, пропитываются изолирующим веществрм и помещаются в герметизированный корпус из ^ет-алла, керамики или стекла, надежно защищающий их от влаги и механических повреждений. Конденсаторы типа КБГ имеют ряд разно* видностей.

КБГ-И - конденсатор в цилиндрическом корпусе из керамики или стекла;

КБГ-Ml и КБГ-М2 - в металлическом корпусе, с одним или двумя изолированными от корпуса выводами;

КБГ МП - в металлическом прямоугольном корпусе, плоский (рис. 8);

КБГ-МН - в металлическом прямоугольном корпусе, нормальный (рис. 8).

Емкость конденсаторов типа КБГ-И - ог 470 пф до 0,1 мкф, рабочее напряжение 200, 403 или 600 в. Они монтируются в аппаратуре без дополнительного крепления.

Емкость конденсаторов типа КБГ-Ml и КБГ-М2 - от 0,01 до 0,25 мкф, рабочее напряжение 200, 400 или 600 в. Крепление их в аппаратуре производится при помощи скоб различней конструкции. Крепить такие конденсаторы за контактные выводы не разрешается, так как это неизбежно приводит к их порче.

Для малогабаритной аппаратуры на полупроводниковых приборах выпускаются специальные конденсаторы типа БМ (Бумажные Малогабаритные). Они заключены в металлические трубчатые корпуса, залитые по концам эпоксидной смолой, и снабжены проволочными выводами. Размеры конденсаторов БМ зависят от емкости: диаметр их равен 5 или 7,5 мм, длина 11 или 14,5 мм.

Выбор конденсаторов для низкочастотных цепей. Переходные конденсаторы между каскадами усилителя низкой частоты, не охваченными отрицательной обратной связью, могут иметь емкость с допуском по любому классу точности; возможно применение конденсаторов большей емкости, чем указано на схеме. В усилителях с отрицательной обратной связью, для получения нужной частотной характеристики, переходные конденсаторы и конденсаторы в цепи обратной связи могут иметь допуск не более ±5°/о или;£10°/о. Когда обратная связь охватывает больше одного каскада, в ее цепи должны применяться конденсаторы с допуском емкости ±5°/».

Корректирующие конденсаторы должны иметь емкость с допуском ±5%> или ±10°/о.

Конденсаторы типа КБГ-М2 не следует применять в качестве переходных, так как у них одна из обкладок соединена с корпусом.

Рабочее напряжение переходных конденсаторов в ламповых приемниках должно быть не ниже напряжения анодного питания. На конденсаторе, подключенном параллельно первичной обмотке выходного трансформатора, помимо по стоянного напряжения, действует значительное напряжение звуковой частоты. Поэтому номинальное рабочее напряжение этого конденсатора должно быть в три-четыре раза выше напряжения питания оконечного каскада. В тех случаях, когда к конденсаторам обратной связи приложено постоянное анодное напряжение, номинальное рабочее напряжение этих конденсаторов должно быть по крайней мере в два раза больше напряжения анодного питания. Если же отрицательная обратная связь подается со вторичной обмотки выходного трансформатора в цепь управляющей сетки лампы одного из предварительных каскадов, возможно применение конденсаторов обратной связи на рабочие напряжения 100-250 в.

Рабочие напряжения переходного электролитического конденсатора, соединяющего коллектор кристаллического триода с эмиттером или основанием кристаллического триода следующею кас-

Тип диэлектрика и конструкция играют важную роль при использовании конденсаторов.

Полиэтилентерефталатные конденсаторы (К73) имеют очень малую абсорбцию и малые утечки. Поэтому их выгодно использовать как интегрирующие конденсаторы в ЦАП, таймерах, генераторах малых частот.

Полистирольные (К71) и фторопластовые (К72) конденсаторы также имеют малые утечки. Кроме того, их свойства очень мало изменяются с частотой. Поэтому такие конденсаторы используют в контурах, где важную роль играет стабильность параметров.

Бумажные конденсаторы (К40…К42) имеют большую реактивную мощность. Поэтому их широко используют для защиты от индустриальных помех, как искрогасящие и пусковые.

Комбинированные конденсаторы (К75) имеют большое пробивное напряжение и широко используются в цепях с высоким напряжением.

Оксидные конденсаторы (К50…К53) имеют большую удельную емкость. Поэтому их выгодно использовать в сглаживающих фильтрах блоков питания. При этом танталовые конденсаторы (К51) имеют лучшие частотные свойства.

Следует отметить, что оксидно-алюминиевые конденсаторы со временем теряют свою емкость из-за высыхания электролита. С этой точки зрения более эффективны оксидно-танталовые, оксидно-ниобиевые и оксидно-полупроводниковые конденсаторы.

Керамические конденсаторы обладают малой индуктивностью. Их применяют в первую очередь как блокирующие и высокочастотные конденсаторы. В последнем случае их используют для термокомпенсации, фиксированной настройке контуров.

1. Переменные конденсаторы

Переменный конденсатор это такой конденсатора, емкость которого может изменяться механически в любое время в определенных пределах многократно.

Такие конденсаторы широко применяются для оперативной перестройки резонансных контуров. Изменение емкости переменных конденсаторов с механическим управлением достигается изменением площади его обкладок или изменением зазора между обкладками. Последний способ применяется крайне редко. Наибольшее распространение получили конденсаторы переменной емкости (КПЕ) с воздушным диэлектриком, у которых группа параллельных пластин (ротор) перемещается между пластинами другой группы (статор) путем поворота пластин ротора.

Переменные конденсаторы классифицируются по следующим признакам:

по виду диэлектрика они бывают с твердым и газообразным диэлектриком;

по закону изменения емкости они бывают:прямоемкостные – изменение емкости прямо пропорционально углу поворота ротора;прямочастотные – изменение частоты резонансного контура прямо пропорционально углу поворота ротора;прямоволновые – изменение длины волны резонансного контура прямо пропорционально углу поворота ротора;логарифмические – изменение логарифма емкости прямо пропорционально углу поворота ротора. Закон изменения емкости определяется назначением конденсатора. Прямочастотные конденсаторы имееют равномерное изменение частоты по диапазону, а прямоволновые – равномерное изменение длины волны. Логарифмический конденсатор характеризуется постоянством относительного изменения частоты или емкости для одинаковых углов поворота ротора для постоянной точности отсчета.

по величине емкости и диапазону перестраиваемых частот ;

по форме электродов они бываютпластинчатыми ; цилиндрическими испиральными ;

по числу секций конденсаторы делятся наодносекционные имногосекционные ;

по углу поворота переменные конденсаторы делятся на конденсаторы:с нормальным углом поворота (около 180 0 ), с расширенным углом поворота (более180 0) и уменьшенным углом поворота (менее180 0).

Переменные конденсаторы характеризуются следующими параметрами:

Минимальная емкость – это минимально достижимая емкость конденсатора;

Максимальная емкость – это максимально достижимая емкость конденсатора;

Переменная емкость – это разность между максимальной и минимальной емкостью конденсатора;

Номинальное напряжение – этот параметр соответствует подобному параметру для постоянных конденсаторов;

Температурный коэффициент емкости - этот параметр соответствует подобному параметру для постоянных конденсаторов;

Момент вращения – характеризует механические усилия, необходимые для поворота ротора конденсатора.

Стабильность параметров переменных конденсаторов в значительной степени определяется действием температуры и механических факторов, а также конструкции и точности сборки конденсатора. Так ТКЕ зависит от используемых материалов, конструкции и качества сборки конденсатора. Увеличение площади рабочей пластины и ее толщины увеличивает ТКЕ, а увеличение рабочего зазора снижает ТКЕ. Реально ТКЕ переменных конденсаторов лежит в диапазоне (5…500)·10 -6 К -1 .

Габариты и масса переменных конденсаторов в основном определяется диэлектрической проницаемостью диэлектрика, площадью пластин и рабочим зазором. Для уменьшения габаритов применяются вместо воздушных диэлектриков диэлектрики с диэлектрической проницаемостью больше 1 и повышенной электрической прочностью.

Упрощенная конструкция конденсатора переменной емкости с воздушным зазором приведена на рис.2.5. Для подгонки емкости отдельных секций конденсатора крайние пластины ротора и статора делают разрезными.

Система обозначений переменных конденсаторов соответствует принятой для постоянных конденсаторов, которая описана в разделе 2.2.2, и состоит из двух буквКП (конденсатор переменный), цифры, обозначающей тип диэлектрика согласно табл.2.4, и числа, обозначающего порядковый номер разработки конденсатора.

Например: КП2-13 3,0/150 – конденсатор переменный с воздушным диэлектриком, порядковый номер разработки 13,минимальная емкость 3 пФ, максимальная емкость 150 пФ.

До действующей системы обозначений переменные конденсаторы обозначались набором от двух до четырех букв, которые отражали тип диэлектрика и его конструктивные особенности.

Например: КПВМ–2 – конденсатор переменный воздушный малогабаритный, номер разработки 2.