Тема 11: Общие сведения о конденсаторах

План:

1. Определение и основные параметры

2. Обозначение на схеме

3. Классификация

4. Маркировка

5. Виды конденсаторов

6. Применение

7. Техника безопасности

Определение и основные параметры

Конденсатор – это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок) разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его ёмкости.

Ёмкость конденсатора – отношение накаливаемого в нём электрического заряда к приложенному напряжению (измеряется в фарадах).

Удельная ёмкость – отношение ёмкости к объёму.

Номинальная ёмкость – ёмкость, которую должен иметь конденсатор в соответствии с ГОСТом.

Фактическая ёмкость отличается от номинальной на величину допуска.

Электропрочность конденсатора характеризуется показателями U ном (т.е. max допустимое для роботы в длительном режиме).

Испытательное напряжение – U max, при котором испытывается электропрочность конденсатора.

Пробивное напряжение – U min, при котором происходит электрический пробой при быстром испытании (напряжение повышается до пробоя в течении нескольких секунд).

Саморазряд

Предварительно заряженый конденсатор с течением времени теряет запасённую энергию за счёт тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками. Часто в справочниках на конденсаторы приводится параметр – постоянная времени саморозряда конденсатора, численно равная произведению ёмкости на сопротивление утечки. Это есть время, за которое начальное напряжение на отключённом конденсаторе уменьшится в е раз.

Пьезоэффект

Многие керамические материалы обладают пьезоэффектом – способностью генерировать разность потенциалов при механических деформациях.

Диэлектрики некоторых керамических конденсаторов также могут обладать таким свойством. Обычно это проявляется в возникновении помех в электрических цепях вследствие шума или вибрации.

Самовосстановление

В некоторых типах конденсаторов в месте пробоя изоляции прогорают обкладки – и конденсатор продолжает работать с незначительно уменьшенной ёмкостью.

Конденсатор слюдяной герметизированный малогабаритный

По характеру защиты от внешних воздействий конденсаторы выполняются: незащищёнными, защищёнными, неизолированными, изолированными, уплотнёнными и герметизированными.

К низкочастотным (НЧ) плёночным относятся конденсаторы на основе полярных и слабополярных плёнок (бумажные, металлобумажные, комбинированные, лакоплёночные, поликарбонатные и полипропиленовые). Они способны работать на частотах до 105Гц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей напряжения с увеличением частоты.

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течёт, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора, замыкаясь так называемым током смещения.

Обозначение на схеме

Для получения больших ёмкостей конденсаторов соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

3. Классификация производится по роду диэлектрика, 3 элемента маркировки:

Первая буква:

К– конденсатор постоянной ёмкости;

КТ– конденсатор подстроечный;

КД – конденсаторы дисковые;

КМ – керамические монолитные;

КП – конденсатор переменной ёмкости.

Вторая буква – группа конденсаторов:

– керамические, на номинальное напряжение ниже 1600В– 10÷15;

– керамические на номинальное напряжение выше 1600В – 21÷22;

– стеклянные – 26;

– стеклокерамические –31;

Конденсаторы постоянные:

– тонкоплёночные с неорганическим диэлектриком –31÷40;

– слюдяные малой мощности – 41;

– слюдяные большой мощности – 42;

– бумажные на номинальное напряжение ниже кВ, фольговые – 50÷51;

– бумажные на номинальное напряжение выше кВ, фольговые – 52÷53;

– бумажные металлизированные – 60;

– оксидно – электролитические алюминиевые –61;

– оксидно – электролитические танталовые, ниобиевые и др. –70÷71;

– объёмно – пористые –72;

– оксидно – полупроводниковые –73÷74;

– с воздушным диэлектриком –75;

– вакуумные –76;

– полистирольные –77;

– фторопластовые –78;

Подстрочные конденсаторы:

– вакуумные – 1;

– с воздушным диэлектриком – 2;

– с газообразным диэлектриком – 3;

– с твёрдым диэлектриком – 4;

Конденсаторы переменной ёмкости:

– вакуумные –1;

– с воздушным диэлектриком – 2;

– с газообразным диэлектриком –3;

– с твёрдым диэлектриком –4.

Третий элемент – пишется через дефис и обозначает регистрационный номер.

Маркировка

Цифры – номинальная ёмкость, буквы - единица ёмкости, и буквы -допустимое отклонение.

Расшифровка обозначений (примеры, остальные по аналогии):

9,1пф – 9П1

22пф – 22П

150пф – Н15

1800пф – 1Н8

0.01мкФ – 10Н

0.15мкФ – М15

50мкФ – 50М

6.8мкФ – 6М8

Зарубежные керамические дисковые конденсаторы (тёмно- жёлтые, последняя цифра обозначает количество нулей на конце):

391 – 390пф132 – 1300пф

473 – 47000пф

1623 – 162000пф – 162нф

154 – 150000пф – 0.15мкф

105 – 1000000пф – 1мкф

.001 – 0.001мкф

.02 – 0.02мкф

Типы конденсаторов

БМ – бумажный малогабаритный;

БМТ – бумажный малогабаритный теплостойкий;

КД – керамический дисковый;

КЛС – керамический литой секционный;

КМ – керамический монолитный;

КПК–М – подстроечный керамический малогабаритный;

КТ – керамический трубчатый;

МБГ – металлобумажный герметизированный;

МБГО – металлобумажный герметизированный однослойный;

МБГТ – металлобумажный герметизированный теплостойкий;

МБГЧ – металлобумажный герметизированный четырёхслойный;

МБМ – металлобумажный малогабаритный;

ПМ – полистирольный малогабаритный;

ПО – плёночный открытый;

ПСО – плёночный стирофлексный открытый;

КСО – конденсаторы слюдяные опрессованные;

СГМ – слюдяные герметизированные малогабаритные;

КБГИ – конденсаторы бумажные герметизированные изолированные;

КБГЧ – металлобумажные герметизированные частотные;

КЭГ – конденсаторы электролитических герметизированные;

ЭТО – электролитические танталовые объёмно-пористые;

КПК – конденсаторы подстроечные керамические.

Параметры и характеристики, входящие в полное условное обозначение, указываются в следующей последовательности:

Обозначение конструктивного исполнения

Номинальное напряжение

Номинальная ёмкость

Допускаемое отклонение ёмкости

Группа и класс по t стабильности ёмкости

Номинальная реактивная мощность

Другие, необходимые дополнительные характеристики. Основные электрические параметры и характеристики конденсаторов.

Виды конденсаторов

Конденсаторы постоянные – ёмкость не меняется (только по истечению срока службы). Слюдяные выпускаются с обкладками из фольги.

Керамические – пластинки, диски или трубки из керамики с нанесёнными на них электродами из металла. Для защиты покрываются эмалями, или заключаются в спецкорпуса, применяются в качестве контурных, разделительных, блокировочных и др.

Керамические конденсаторы

Стеклянные – монолитные спечённые блоки из чередующихся слоёв стеклянной плёнки и Al фольги. Корпус изготавливается из такого же стекла.

Стеклокерамические – те же стеклянные, но диэлектрик – стекло с добавками из такого же стекла.

Стеклоэмалевые – диэлектриком служит стекловидная эмаль, а обкладками слои серебра.

Металлобумажные – диэлектрик (лакированная конденсаторная бумага), обкладки – тонкие слои металла (меньше микрометра) нанесенные на бумагу с одной стороны. Корпус цилиндрический Al, концы герметизированы эпоксидной смалой (ВЧ пленочные).

Металлобумажные

Плёночные и металлоплёночные – диэлектрик (плёнка из пластмассы, полистирола, фторопласта и др.) и обкладка (металлическая фольга или тонкий слой метала, нанесенного на плёнку).

Электролитические и оксидно-полупроводниковые: диэлектрик – оксидный слой на металле, являющийся одной из обкладок (анодом). Вторая обкладка (катод) – электролит или слой полупроводника, нанесённый непосредственно на оксидный слой. Аноды изготавливаются из Al, танталовой или ниобиевой фольги. Эти конденсаторы используются лишь в целях постоянного или пульсирующего тока, т.к. проводимость зависит от полярности приложенного напряжения.

Электролитические

Используются в основном в фильтрах выпрямительных устройств, в цепях звуковых частот, усилителях звуковых частот.

Герметичный слюдяной конденсатор в металлостеклянном корпусе типа «СГМ» для навесного монтажа.

По виду диэелектрика 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, стеколоплёночные) слюдяные, керамические, тонкослойные, из неорганических плёнок;

*конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированые – бумажноплёночные, тонкослоённые из органических синтетических плёнок;

* электролитические и оксидно – полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов прежде всего большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металическом аноде. Вторая обкладка (катод) это или электролит (в электролетических конденсаторах) или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсаторв, из алюминевой, танталовой фольги или спечёного порошка.

* твёрдотельные конденсаторы – вместо традиционного жидкого электролита используеться специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ – 50000 часов при температуре 85°С, слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Современные конденсаторы, разрушаются без взрыва благодаря специальной разрывающейся конструкции верхней крышки. Разрушение возможно из-за нарушения режима эксплуатации или старения.

Конденсаторы с разорваной крышкой практически неработоспособны и требуют замены, а если она просто вздувшаяся, но ещё не разорвана, то, скорее всего, скоро он выйдит из строя или изменятся параметры, что сделает его использование невозможным.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из–за химических особеностей взаимодействия электролита с диэлектириком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием э лектролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов – довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов – также очень частая причина выхода их из строя, когда они стоят рядом с источниками повышеного тепловыделения (радиаторы охлаждения).

Для уменьшения повреждений других и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы Х, К или Е на торце, иногда на больших конденсаторах она прикрыта пластиком).

При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа и иногда даже жидкости, и давление спадает без взрыва и осколков.

Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичном корпусе и не имели никаких защит от взрыва. Взрывная сила частей корпуса может быть достаточно большой и травмировать человека.

В отличие от электролитических, взрывоопасность оксиднополупроводниковых (танталовые) конденсаторов связана с тем, что такой конденсатор фактически представляет собой взрывчтую смесь: в качестве горючего служит тантал, а в качестве окислителя – двуокись марганца, и оба этих компонента в конструкции конденсатора перемешаны в виде тонкого порошка. При пробое конденсатора или при его случайной переплюсовке, выделившееся при протекании тока тепло иницирует реакцию между даными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что проводит к одновременному взрыву всей группы.

Кроме того, коденсаторы различаются по возможности изменениясвоей ёмкости:

* постоянные конденсаторы – основной класс конденсаторов не меняющие своей ёмкости (кроме как в течение срока службы);

* переменные конденсаторы – коденсаторы, которые допускают изменение ёмкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление ёмкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением и температурой. Применяются, например, в радиоприёмниках для перестройки частоты резонансного контакта;

* подстроечные конденсаторы – конденсаторы, ёмкости которых изменяется при разовой переодической регулировки и не изменяются 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 назначания можно условно разделять конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общегоназначения используются практически в большенстве видов и классов аппаратур. Традиционно к ним относят наиболлее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все осталные кондесаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические и другие.

Керамические конденсаторы являются естественным элементом практически любой электронной схемы. Они применяются там, где необходима способность работать с сигналами меняющейся полярности, хорошие частотные характеристики, малые потери, незначительные токи утечки, небольшые габаритные размеры и низкая стоимость. Там же, где эти требования пересекаются, они практически незаменимы. Но проблемы, связанные с технологией их производства, отводили этому типу конденсаторов нишу устройств малой емкости.

Алюминиевые – с радиальными выводами и для поверхностного монтажа. Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают высокой ёмкостью, в пересчёте на единицу, низкой стоимостью и доступностью. Они широко применяются в импульсных блоках питания в качестве выходных фильтров с частотами до 150кГц. Однако рабочая частота в DC-DC преобразователях процессоров делает эти кондесаторы неподходящими. Паразитный ЭДС очень высок в диапазоне частот от 150кГц и очень сильно зависит от температуры, по сравнению с конденсаторами других типов. Время жизни зависит от температуры, а потёки могут повредить контакты расположенные под конденсатором.

Танталовые конденсаторы с покрытием диоксида марганца (МnO₂). Танталовые конденсаторы имеют лучшие характеристики, чем алюминиевые, за счёт использования более дорогой технологии. В них применяется сухой электролит, поэтому им не свойсвеннo “высыхание” алюминиевых конденсаторов. Также они имеют более низкое активное сопротивление на высоких частотах (100 кГц), что важно при использовании в импульсных источниках питания. Термостабильность: в температурном диапазоне от – 55°С до +125°С ёмкость изменяется примерно на + 15% до –15%. Токи утечки у них примерно такие же, как у алюминиевых тех же номиналов. Недостатком танталовых конденсаторов является относительно большое уменьшение ёмкости с увеличением частоты и повышенная чувствительность к переплюсовке, и перегрузкам по напряжению, из-за которой рекомендуется использование с двойным запасом по рабочему напряжению. Также как для обеспечения устойчивой работоспособности при температурах более 85°С. Существует вероятность закорачивания при очень больших токах заряда при включении, сопровождаемого ярко – белой вспышкой и выделением дыма.

Танталовые конденсаторы

Танталовые конденсаторы с полимерным покрытием, предназначенные для поверхностного монтажа, сочетают в себе высокую ёмкость танталовых конденсаторов с высокой удельной проводимостью современных полимерных материалов.

Полимерные алюминиевые конденсаторы обладают хорошими характеристиками на частотах работы конвертера питания. Они имеют хорошие характеристики выброса напряжения и могут использоваться при документированном напряжении.

Как усовершенствование технологии тантала появились ниобиевыеконденсаторы. При сопоставимых условиях они имеют несколько больший ресурс. Например при температуре 85°С алюминиевые конденсаторы имеют ресурс от 8 до 25 тысяч часов работы, танталовые – 100 тысяч часов, а ниобиевые – от 200 до 500 тысяч часов (год непрерывной работы – примерно 8200 часов). На старых (80486, Pentium I) платах бывает изобилие ниобиевых конденсаторов, некоторые неполярные. Ниобиевые иногда оранжевые, иногда синие “капли”, но с выводами.

Примененине конденсаторов

Конденсаторы находят применение практически во всех областях электротехники:

– конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и (или) резисторами) используются для построения различных цепей с частотно– зависимыми свойствами в частности фильтров, цепей обратной связи, колебательныхконтуров и.т.п.;

– при быстром разряде конденсатора можно получить импульс большой мощности, например, в фотовспышках, электромагнитных ускорителях, импульсных лазерях с оптической накачкой, генераторах Маркса (ГИН, ГИТ), генераторах Кокрофта–Уотона и.т.п

– так как конденсатор способен длительное время сохранять заряд, то его можно использовать в качестве элемента памяти или устройства хранения электрической энергии;

– в промышленной электротехнике конденсаторы используються для компенсации реактивной мощности и в фильтрах высоких гармоник;

– конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую напряжённость на обкладках, которая используется для различных целей, например, для ускорения заряженных частиц или для создания кратковременных мощных электрических разрядов;

Конденсаторы высоковольтные

– измерительный преобразователь (ИП) малых перемещений: малое изменение расстояния между обкладками очень заметно сказывается на ёмкости конденсатора;

– ИП влажности воздуха, древесины;

– ИП измерителя уровня жидкости. Непроводящая жидкость заполняет пространство между обкладками конденсатора, и ёмкость конденсатора меняется в зависимости от уровня.

Техника безопасности

При эксплуатации конденсаторной установки необходимо соблюдать некоторые дополнительные требования по технике безопасности, обусловленные наличием значительных ёмкостей в этих установках.

Если отключенный конденсатор не будет своевременно разряжен, то случайное прикосновение к нему может создать цепь разряда, замыкающуюся через тело человека, прикоснувшегося к корпусу конденсатора. Вредные последствия разряда конденсатора на человеческий организм зависят от ряда факторов, в особенности от ёмкости конденсатора и от напряжения, до которого он был заряжен. Чем больше ёмкость конденсатора и чем выше его напряжение, тем опаснее для человека поражение током при разряде конденсатора.

Во избежание опасных последствий схема соединений конденсаторной установки должна обеспечить автоматический разряд конденсаторов немедленно после их отключения.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: