Конденсатор. Общие сведения



Электрический конденсатор, в простейшем случае, представляет собой систему из двух или более токопроводящих обкладок, разделённых диэлектриком, предназначенную для создания ёмкости. По конструкции и назначению радиоконденсаторы разделяют на постоянные и переменные. Ёмкость постоянных конденсаторов не меняется, а переменных - можно плавно изменять. Существуют так же полупеременные (подстроечные) конденсаторы, ёмкость которых можно менять до определённого значения, по достижению которого они работают как постоянные. Материал диэлектрика и его свойства определяют характеристики, конструкцию и область применения конденсаторов.

По типу применяемого диэлектрика конденсаторы бывают: с газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные, вакуумные); с жидким диэлектриком (наполненные минеральным маслом или синтетической жидкостью); с твёрдым неорганическим диэлектриком (стеклянные, стеклоэмалевые, стеклоплёночные, слюдяные, керамические и др.); с оксидным диэлектриком - электролитические (танталовые, ниобиевые, титановые, алюминиевые).

Переменные конденсаторы имеют механическое или электрическое управление ёмкостью. Конденсаторы с механическим управлением выпускают с газообразным, жидким или твёрдым диэлектриком, а с электрическим - сигнетокирамические (вариконды) и полупроводниковые (варикапы). Основными параметрами конденсаторов являются:

Ёмкость конденсатора - способность накапливать и удерживать на своих обкладках электрические заряды под действием приложенного напряжения. Еденицей измерения ёмкости является фарада. Поскольку фарада очень большая единица, ёмкость конденсаторов принято измерять в микрофарадах (мкф), нанофарадах (нф) или пикофарадах (пф). Ёмкость, указанную на маркировке конденсатора, называют номинальной. Фактическая же ёмкость конденсатора может отличаться от номинальной на значение допустимого отклонения, которое выражается в процентах. Величина этого отклонения характеризует класс точности конденсатора. Электролитические конденсаторы могут иметь допустимое отклонение от +80% до -20%.

Конденсаторы переменной ёмкости не имеют стандартизованных значений и разделяются по минимальной и максимальной ёмкости. Номинальную ёмкость маркируют на конденсаторе полностью (может быть не обозначена лишь пикофарада). Маркировку же миниатюрных конденсаторов кодируют. Ёмкости менее 100 пФ выражают в пикофарадах и обозначают буквой П (р), от 100 до 9100 пФ - в долях нанофарады, от 0,01 до 0,091 мкФ - в нанофарадах и обозначают буквой Н; ёмкости от 0,1 мкФ и более - в микрофарадах и обозначают буквой М (мкФ). Если номинальная ёмкость выражена целым числом, обозначение единицы измерения ставят после этого числа (например, 33 пФ - 33П); если десятичной дробью, меньше единицы, нуль целых и запятая из маркировки исключается а буквенное обозначение ставится перед числом (например, 0,15 нФ - Н15); если же целым числом и десятичной дробью, целое число ставится впереди, а десятичная дробь после буквы (например, 1,5 пФ - 1П5). Допустимое отклонение от номинальной ёмкости маркируется после её цифрового обозначения в процентах или буквенным кодом (Ж - 0,1%; У - 0,2%; Д - 0,5%; Р - 1,0%; Л - 2,0%; И - 5,0%; С - 10,0%; В - 20,0%; Ф - 30,0%; Э - от +50% до -10%; Б - от +50% до -20%; А - от +80% до -20%; Я - от +100% до -0%; Ю - от +100% до -10%)

Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ) - характеризует изменение ёмкости конденсатора при изменении температуры на 1С°. ТКЕ может быть положительным и отрицательным и вычисляется по формуле: ТКЕ=(С21)/[С1*(Т21)], где С1 и С2 ёмкости конденсатора при температурах Т1 и Т2.

Сопротивление изоляции конденсатора (Rиз МОм) - зависит от качества диэлектрика, определяется отношением напряжения постоянного тока U (В), приложенного к конденсатору, к току утечки Iут (мкА) и выражается в мегаомах или гигаомах. С увеличением влажности и температуры окружающей среды сопротивление изоляции снижается.

Потери энергии в конденсаторе складываются из потерь энергии в диэлектрике и на обкладках. В процессе эксплуатации часть подводимой к конденсатору энергии переменного тока расходуется на его нагрев, сопровождаемый рассеиванием тепла в окружающую среду. Нагрев конденсатора ухудшает качество диэлектрика, что снижает электрическую прочность конденсатора, определяемую способностью диэлектрика выдерживать электрическое поле без пробоя.

Электрическая прочность оценивается пробивным, испытательным и номинальным (рабочим) напряжениями. Напряжение, при плавном подъёме которого происходит пробой конденсатора, называют пробивным. По выявленному пробивному напряжению устанавливают испытательное напряжение, которое конденсаторы выдерживают в течении определённого времени (обычно 10 с). Оно близко к пробивному и определяет электрическую прочность конденсатора. Восновном электрическая прочность конденсатора зависит от качества и толщины диэлектрика, а так же от площади обкладок и условий теплоотдачи. Проверка испытательным напряжением позволяет отбраковать конденсаторы с низкой электрической прочностью. Напряжение, при котором конденсатор может надёжно работать в течении гарантированного срока с сохранением основных параметров, называется номинальным или рабочим.

Собственная индуктивность конденсатора обусловлена индуктивностью выводов, обкладок. На высоких частотах эта индуктивность вместе с ёмкостью конденсатора может вызвать резонанс. Резонансная частота конденсатора должна быть выше рабочей частоты схемы, в которой он испльзуется. Для снижения собственной индуктивности в конденсаторах укорачивают выводы, а в бумажных используют бифилярную намотку токопроводящей фольги.

Кодировочные обозначения конденсаторов

Существует две системы обозначения конденсаторов: буквенная (старая) и цифровая (новая).

Буквенная система используется для обозначения конденсаторов, разработанных до 1960 года и выпускающихся в настоящее время. В этой системе первая буква К обозначает конденсатор, вторая - тип диэлектрика (Б - бумажный, С - слюдяной, К - керамический, Э - электролитический и т.д.), третья - конструктивные особенности (герметичность исполнения или условия эксплуатации). Для упрощения системы обозначения первую букву часто опускают, оставляя вторую и последующие (например, МБГО - конденсатор металлобумажный герметизированный с однослойным диэлектриком).

В соответствии же с цифровой системой обозначения конденсаторы разделяются на группы по виду диэлектрика, назначению и варианту исполнения. В этой системе первый элемент обозначения (буква К) - конденсатор постоянной ёмкости, второй (число) - вид диэлектрика (10 - керамический на номинальное напряжение ниже 1600 вольт, 15 - керамический на номинальное напряжение 1600 вольт выше, 20 - кварцевый, 21 - стеклянный, 22 - стеклокерамический, 23 - стеклоэмалевый, 24 - слюдяной малой мощности, 32 - слюдяной большой мощности, 40 - бумажный на номинальное напряжение ниже 1600 вольт с фольговыми обкладками, 41 - бумажный на номинальное напряжение выше 1600 вольт с фольговыми обкладками, 42 - бумажный с металлизированными обкладками, 50 - электролитический алюминиевый, 51 - электролитический танталовый фольговый, 52 - электролитический танталовый объёмно-пористый, 53 - оксидно-полупроводниковый, 60 - воздушный, 61 - вакуумный, 70 - полистирольный с фольговыми обкладками, 71 - полистирольный с металлизированными обкладками, 72 - фторопластовый и т.д.); третий элемент - буква, указывающая на назначение (П - для работы в цепях постоянного тока, Ч - в цепях переменного тока, У - в цепях постоянного и переменного токов и в импульсных режимах, И - в импульсных режимах; если третий элемент не указан, то конденсатор предназначен для работы в цепях постоянного или постоянного и пульсирующего токов); четвёртый элемент - число, указывающее вариант исполнения конденсаторов одной группы по виду диэлектрика.

Например, К42У-2: К - конденсатор постоянной ёмкости, 42 - металлобумажный, У - для работы в цепях постоянного и переменного токов, а так же в импульсных режимах, 2 - номер конструктивного исполнения.

Постоянная времени, виды соединения конденсаторов

Если постоянное напряжение приложено к конденсатору через резистор то, для того чтобы конденсатор зарядился требуется время, прямо пропорциональное величине сопротивления и емкости. Постоянная времени цепи определяет время, требуемое для того, чтобы конденсатор зарядился до 63,2% от величины приложенного напряжения или разрядился на 63,2% от этой величины. Постоянная времени определяется следующей формулой: t = R*С, где t - время в секундах, R - сопротивление в омах, С - емкость в фарадах.

Постоянная времени.

Постоянная времени цепи не равна времени, требуемого для полного заряда или разряда конденсатора. Рис 1 показывает, что для полного заряда или разряда конденсатора требуется примерно пять постоянных времени цепи.

Конденсатор в связи с наличием в нем изолирующего диэлектрика имеет очень большое сопротивление и может рассматриваться в цепи постоянного тока как разрыв. Если к конденсатору приложить переменное напряжение, то он будет попеременно заряжаться и разряжаться. Реактивное сопротивление конденсатора: Хс = 1/(j*2*П*f*C), где 1/j - означает поворот вектора по часовой стрелке на -90°, С - емкость (Ф), f - частота (Гц).

Емкостное сопротивление является функцией частоты приложенного переменного напряжения и емкости. Увеличение частоты уменьшает емкостное сопротивление, нo приводит к возрастанию тока. Уменьшение частоты увеличивает противодействие и приводит к уменьшению тока.

Параллельное соединение конденсаторов эффективно увеличивает площадь обкладок. Это приводит к тому, что общая емкость равна сумме отдельных емкостей: Cs=C1+C2+...+Cn

Последовательное соединение конденсаторов эффективно увеличивает толщину диэлектрика. Это уменьшает общую емкость, так как емкость обратно пропорциональна расстоянию между обкладками. Результирующая емкость C выражается формулой: 1/Cs=1/C1+1/C2+...+1/Cn


Список использованной литературы


1. Справочник молодого радиста. В.Г. Бодиловский. - М.: Высшая школа, 1983.
2. Основы электроники: курс лекций. С.Р. Прохончуков, О.Я. Кравец. - В.: Воронежский государственный технический университет, 2000.
3. Элементы радиоэлектронной аппаратуры. Электрические конденсаторы постоянной ёмкости. В.Н. Гусев, В.Ф.Смирнов. - М.: Советское радио, 1968.

Поиск по сайту