Конденса́тор - двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Классификация конденсаторов:
Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе.От типа диэлектрика будут зависеть основные электрические параметры конденсаторов такие как: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь, токи утечки и др.
По виду диэлектрика различают:
Конденсаторы вакуумные (обкладки без диэлектрика находятся в вакууме).
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 своей огромной 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 спеченного порошка.
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 радиоприемниках 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.
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, помехоподавляюшие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.
Система обозначений и маркировка конденсаторов.
В настоящее время принята система обозначений конденсаторов постоянной емкости, состоящая из ряда элементов: на первом месте стоит буква К, на втором месте -двухзначное число, первая цифра которого характеризует тип диэлектрика, а вторая - особенности диэлектрика или эксплуатации (см. табл.2.5), затем через дефис ставится порядковый номер разработки.
Например, обозначение К 10-17 означает керамический низковольтный конденсатор с 17 порядковым номером разработки. Кроме того, применяются обозначения, указывающие конструктивные особенности: КСО - конденсатор слюдяной спрессованный, КЛГ - конденсатор литой герметизированный, КТ -керамический трубчатый и т. д.
Подстроечные конденсаторы обозначаются буквами КТ, переменные -буквами К П. Затем следует цифра, указывающая тип диэлектрика:
1 - вакуумные; 2 - воздушные; 3 - газонаполненные; 4 - твердый диэлектрик; 5 - жидкий диэлектрик.В конструкторской документации помимо типа конденсатора указывается величина емкости, рабочее напряжение и ряд других параметров. Например, обозначение КП2 означает конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, а обозначение КТ4 - подстроечный конденсатор с твердым диэлектриком.
К10 Керамический, низковольтный (Upa6<1600B)
К50 Электролитический, фольговый, Алюминиевый
К15 Керамический, высоковольтный (Upa6>1600B)
К51 Электролитический, фольговый, танталовый,ниобиевый и др.
К20 Кварцевый
К52 Электролитический, объемно-пористый
К21 Стеклянный
К53 Оксидо-полупроводниковый
К22 Стеклокерамический
К54 Оксидно-металлический
К23 Стеклоэмалевый
К60 С воздушным диэлектриком
К31 Слюдяной малой мощности
К61 Вакуумный
К32 Слюдяной большой мощности
К71 Пленочный полистирольный
К40 Бумажный низковольтный(ираб<2 kB) с фольговыми обкладками
К72 Пленочный фторопластовый
К73 Пленочный полиэтилентереф-талатный
К41 Бумажный высоковольт-ный(ираб>2 kB) с фольговыми обкладками
К75 Пленочный комбинированный
К76 Лакопленочный
К42 Бумажный с металлизированными Обкладками
К77 Пленочный, Поликарбонатный
0сновные разновидности конденсаторов.
В РЭА применяются большое количество различных типов конденсаторов постоянной емкости. Рассмотрим основные особенности применяемых конденсаторов.
Керамические конденсаторы. Эти конденсаторы широко применяются в высокочастотных цепях. Основой конструкции керамического конденсатора является заготовка из керамики, на две стороны которой нанесены металлические обкладки. Конструкция может быть секционированной, трубчатой или дисковой. Эти конденсаторы нетрудоемки в изготовлении и дешевы. Для изготовления конденсаторов применяется керамика с различными значениями диэлектрической проницаемости (e>8) и температурного коэффициента, который может быть как положительным, так и отрицательным. Численные значения ТКЕ лежат в пределах от -2200 . 10-6 до +100 . 10-6 1/°C . Применяя параллельное включение конденсаторов с разными знаками ТКЕ можно получить достаточно высокую стабильность результирующей емкости.
Промышленностью выпускается несколько разновидностей керамических конденсаторов:
- КЛГ-керамические литые герметизированные,
- КЛС - керамические литые секционированные,
- KM - керамические малогабаритные пакетные,
- КТ - керамические трубчатые,
-КТП - керамические трубчатые проходные,
- КО-керамические опорные,
- КДУ - керамические дисковые,
- КДО - керамические дисковые опорные,
-К 10 предназначены для использования в качестве компонентов микросхем и микросборок,
-К 15 могут работать при напряжениях более 1 600В.
Стеклянные, стеклокерамические и стеклоэмалевые конденсаторы. Эти конденсаторы, как и керамические, относятся к категории высокочастотных. Они состоят из тонких слоев диэлектрика, на которые нанесены тонкие металлические пленки. Для придания конструкции монолитности такой набор спекают при высокой температуре.
Конденсаторы обладают высокой теплостойкостью и могут работать при температурах до 300°С. Существуют три разновидности этих конденсаторов:
К21 - стеклянные,
К22 - стеклокерамические,
К23 - стеклоэмалевые.
Стеклокерамика имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем стекло. Стеклоэмаль обладает более высокой электрической прочностью.
Слюдяные конденсаторы. Эти конденсаторы имеют пакетную конструкцию, в которой в качестве диэлектрика используются слюдяные пластинки толщиной от 0,02 до 0,06 мм.
В РЭА применяются также ранее разработанные конденсаторы КСО - конденсаторы слюдяные спрессованные. Емкость этих конденсаторов лежит в пределах от 51 пф до 0,01 мкф. Слюдяные конденсаторы применяются в высокочастотных цепях. Именно эти древние довольно габаритные конденсаторы являются самыми надежными, их свойства не изменяются от времени, но у них имеется недостаток - большой разброс по емкости у конденсаторов одного номинала.
Бумажные конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика применяется конденсаторная бумага толщиной от 6 до 10 мкм с невысокой диэлектрической проницаемостью (e»2...3), поэтому габариты этих конденсаторов большие. Обычно бумажные конденсаторы изготавливают из двух длинных, свернутых в рулон лент фольги, изолированных конденсаторной бумагой, т. е. конденсаторы имеют рулонную конструкцию. Из-за больших диэлектрических потерь и большой величины собственной индуктивности эти конденсаторы нельзя применять на высоких частотах. В соответствии с принятой маркировкой эти конденсаторы обозначаются К40 или К41.
Разновидностью бумажных конденсаторов являются металлобумажные (типа К42), у которых в качестве обкладок вместо фольги используют тонкую металлическую пленку, нанесенную на конденсаторную бумагу, благодаря чему уменьшаются габариты конденсатора.
Электролитические конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика используется тонкая оксидная пленка, нанесенная на поверхность металлического электрода, называемого анодом. Второй обкладкой конденсатора является электролит. В качестве электролита используются концентрированные растворы кислот и щелочей. По конструктивным признакам эти конденсаторы делятся на четыре типа: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.
В жидкостных конденсаторах анод, выполненный в виде стержня, на поверхности которого создана оксидная пленка, погружен в жидкий электролит, находящийся в алюминиевом цилиндре. Для увеличения емкости анод делают объемно-пористым путем прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре.
В сухих конденсаторах применяется вязкий электролит. В этом случае конденсатор, изготавливается из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанной электролитом. Фольга сворачивается в рулон и помещается в кожух. Выводы делаются от оксидированной фольги (анод) и не оксидированной (катод).
В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используется диоксид марганца. В оксидно-металлических функции катода выполняет металлическая пленка оксидного слоя.
Особенностью электролитических конденсаторов является их униполярность, т.е. они могут работать при подведении к аноду положительного потенциала, а к катоду - отрицательного. Поэтому их применяют в цепях пульсирующего напряжения, полярность которого не изменяется, например в фильтрах питания.
Электролитические конденсаторы обладают очень большой емкостью (до тысячи микрофарад) при сравнительно небольших габаритах. Но они не могут работать в высокочастотных цепях, так как из-за большого сопротивления электролита tgd достигает значения 1,0.
Поскольку при низких температурах электролит замерзает, то в качестве параметра электролитических конденсаторов указывается минимальная температура, при которой допустима работа конденсатора. По допустимому значению отрицательной температуры электролитические конденсаторы делятся на четыре группы:
Н (неморозостойкие, Тmin= -10 С);
М ( морозостойкие, Tmin = -40 С);
ПМ ( с повышенной морозостойкостью, Тmin = - 50 С);
ОМ ( особоморозостойкие, Тmin = - 60 С).
При понижении температуры емкость конденсатора уменьшается, а при увеличении температуры - возрастает.
Пленочные конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика используются синтетические высокомолекулярные тонкие пленки. Современная технология позволяет получить пленки, наименьшая толщина которых составляет 2 мкм, механическая прочность 1000 кг/см, а электрическая прочность достигает 300 кВ/мм. Такие свойства пленок позволяют создавать конденсаторы с очень малыми габаритами. Конструктивно они аналогичны бумажным конденсаторам и относятся к 7-й группе.
Конденсаторы типа К71 в качестве диэлектрика имеют полистирол. В конденсаторах типа К72 применен фторопласт, в конденсаторах К73 - поли-этилентерефталат. В конденсаторах К75 применено комбинированное сочетание полярных и неполярных пленок, что повышает их температурную стабильность.
В конденсаторах К76 в качестве диэлектрика применена тонкая лаковая пленка толщиной около 3 мкм, что существенно повышает их удельную емкость. Высокой величиной удельной емкости и температурной стабильностью обладают конденсаторы К77, в которых в качестве диэлектрика применен поликарбонат.
В качестве обкладок в пленочных конденсаторах используют либо алюминиевую фольгу, либо напыленные на диэлектрическую пленку тонкие слои алюминия или цинка. Корпус таких конденсаторов может быть как металлическим, так и пластмассовым и иметь цилиндрическую или прямоугольную форму.
Вариконды. Это конденсаторы, емкость которых зависит от напряженности электрического поля. Они выполняются на основе сегнетоэлектриков (титаната бария, стронция, кальция и т.д). Для них характерны высокие значения относительной диэлектрической проницаемости и ее сильная зависимость от напряженности электрического поля и температуры. Применяются вариконды как элементы настройки колебательных контуров. Если вариконд включить в цепь резонансного LC контура и изменять постоянное напряжение, подводимое к нему от источника, имеющего высокое внутренее сопротивление (оно необходимо для того, чтобы источник не ухудшал добротность колебательного контура), то можно изменять резонансную частоту этого контура.
Варикапы. Это конденсаторы, емкость которых изменяется за счет изменения расстояния между его обкладками путем подведения внешнего напряжения. Варикап - это одна из разновидностей полупроводникового диода, к которому подводится обратное напряжение, изменяющее емкость диода. Благодаря малым размерам, высокой добротности, стабильности и значительному изменению емкости варикапы нашли широкое применение в РЭА для настройки контуров и фильтров.
|
