конденсаторы

Все конденсаторы, независимо от их типа и типа, имеют следующие свойства:

- в сочетании с индукционными элементами они могут образовывать резонансные цепи

- в случае постоянного тока конденсаторы представляют собой высокое сопротивление и характеризуются тем, что на их крышках может накапливаться величина заряда, определяемая их емкостью

- в случае переменного тока конденсаторы имеют полное сопротивление, которое в первую очередь зависит от их емкости, а также от частоты этого тока

Графическое представление конденсаторов

- это оно символ обычный неполярный конденсатор, который можно найти на большинстве схем. Посредством этого символа также показана физическая емкость конденсатора.

- это символ обычного конденсатора, поляризованного, который можно найти на большинстве идеологических диаграмм.

- этот символ представляет конденсатор с переменной емкостью

Свойства конденсаторов определяются рядом различных параметров, вот они:

• емкость:
• - номинальная - это величина, выраженная в Фарадах, которая определяет величину заряда, который может накапливаться на крышках конденсатора. Это определяется производителем данного конденсатора. Размер емкости напечатан на конденсаторе.
• - реальное - точное значение емкости, которое имеет конденсатор.
• Емкости конденсаторов были стандартизированы производителями и приведены в соответствие с конкретными значениями. Конденсаторы выпускаются со значениями емкости, которые образуют ряд: E6, E12, E24 и т. Д. Число, обозначающее данную серию, определяет количество емкостей, которые содержатся в десятилетии, то есть от 10 до 100 Фарад. Каждая серия определяет так называемые допуск, который описывает, какой диапазон емкости может охватывать данная серия. Нижний ряд - E6, имеет допуск 20%, серия E12 - допуск 10%. Каждая последующая серия имеет растущий допуск - то есть вы можете получить больший диапазон емкости с конденсаторами, принадлежащими этой серии. Вот мощности, которые соответствуют первым трем сериям:
• E6 (20%) - 10, 15, 22, 33, 47, 68 [F]
• E12 (10%) - 10, 12, 15, 18, 22, 27, 33, 39, 47, 56, 68, 82 [F]
• E24 (5%) - 10, 11, 12, 13, 15, 16, 18, 20, 22, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 43, 47, 51, 56, 62, 68, 75, 82, 91 [F]
• Дальнейшие ранги характеризуются все лучшим значением допуска - 2%, 1%, 0,5%, и включенные в их состав конденсаторы уже являются точными конденсаторами. Емкость конденсатора зависит главным образом от расстояния между крышками и поверхностью крышек, а также от типа диэлектрика, который может находиться между крышками. От способности диэлектрика принимать положительный заряд около отрицательного покрытия и соответственно отрицательный заряд около положительного покрытия зависит от степени, в которой расстояние между крышками будет влиять на емкость.
• Допуск - это параметр, составляющий класс точности конденсаторов. Наличие этого параметра связано с тем, что изготовленные конденсаторы очень часто имеют реальную емкость, отличную от номинальной емкости. В результате производственных дефектов здесь появляются различные отклонения. Допуск определяет точность конденсаторов и выражается в процентах от номинального значения емкости.
• Номинальное напряжение - это максимальное напряжение, которое можно приложить к крышкам конденсатора. Использование более высокого напряжения, чем это значение, приведет к поломке диэлектрика и, как следствие, к короткому замыканию конденсатора. Величина этого напряжения зависит главным образом от типа диэлектрика между крышками, а также от его толщины. Чем толще диэлектрический слой, тем выше номинальное напряжение. Если мы имеем дело со схемой, в которой напряжение превышает номинальное напряжение конденсатора, присутствующего в ней, то можно решить эту проблему, используя вместо одного конденсатора и цепь, соединенную последовательно. Тогда номинальное напряжение такой конденсаторной системы является суммой номинальных напряжений ее компонентов.
• Ток утечки - это прямой ток, который возникает, когда конденсатор постоянного тока подается на крышки.
• Тангенс угла потерь δ - это значение, определяющее отношение активной мощности, которая генерируется в конденсаторе при подаче на него переменного напряжения, характеризующегося синусоидальной формой волны на фиксированной частоте. В случае идеального конденсатора, когда такое переменное напряжение прикладывается к крышкам, ток преодолевает напряжение на угол 90 градусов. Этот угол немного меньше в случае реальных конденсаторов.
• Температурный коэффициент - это фактор, который определяет, как изменяется емкость конденсатора в зависимости от преобладающей температуры.
• Сопротивление замены, серия (ESR) - это общее сопротивление, которое характеризует элементы конденсатора, то есть электрическое сопротивление проводов и самих крышек, а также электрическое сопротивление диэлектрика, которое возникает в результате приложения к нему переменного напряжения. Значение этого параметра зависит от частоты напряжения и температуры.
• Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL) - это общая индуктивность, которая характеризует выводы и крышки. Обычно его значение в современных конденсаторах составляет около 10 - 100 нГн.
• Сопротивление импульсным напряжениям - это параметр, который определяет частоту, с которой конденсатор можно заряжать и разряжать. В результате работы с переменным напряжением ток протекает через провода и крышки, и в результате существования сопротивления высвобождается определенная мощность. Чем выше плотность протекающего тока, тем выше сопротивление, и, следовательно, потери мощности возрастают. Когда текущий ток слишком велик, он может даже сжечь и испарить крышки конденсатора. Это, в свою очередь, может привести к смертельному давлению газа. Переменное напряжение также способствует потерям в диэлектрике, что также способствует повышению температуры конденсатора. Поэтому важно определить максимальную частоту, с которой может изменяться напряжение, приложенное к конденсатору. Сопротивление импульсным напряжениям является величиной так называемого Каталог, и его стоимость также зависит от условий, в которых он был исследован.

Схема замены конденсаторной системы

На рисунке выше показана схема замещения переменного тока для неполярных конденсаторов.

LS - индуктивность, которая определяет выводы и крышки

RS - последовательное сопротивление, которое определяет выводы, крышки, а также диэлектрик между крышками

C - емкость, характеризующая конденсатор

РП - это сопротивление, которое характеризует изоляцию в диэлектрике. Поскольку диэлектрическое сопротивление никогда не имеет бесконечного значения, всегда есть поток некоторого тока, который называется током утечки. Возникновение этого тока вызывает разрядку конденсатора, что иногда является очень важным критическим фактором (например, в цепях времени).

Типы и типы конденсаторов

Конденсаторы можно разделить по типу диэлектрика, который находится между их крышками. Тип диэлектрика также определяет емкость и емкость конденсатора. Различаем конденсаторы:

- керамика

- слюда

- бумага

- электролитический

- из искусственных

- воздух

Керамические конденсаторы - это конденсаторы из алундия, рутила, а также стеатитовой керамики. Они характеризуются низким значением угла потерь и большой номинальной емкостью, что вместе с их небольшими размерами являются их основными преимуществами. Кроме того, они имеют низкую самоиндуктивность, что позволяет использовать их в цепях с высокой частотой напряжения. Они также могут быть использованы в качестве сцепных емкостей. Керамические конденсаторы изготавливаются в виде 1 пластины или множества керамических плиток, снабженных металлическим электродом. Керамические конденсаторы, состоящие только из одной керамической плитки, называются однослойными, в то время как многослойные конденсаторы являются многослойными или монолитными конденсаторами. Спрос на этот тип конденсаторов очень велик. В настоящее время выпускаются керамические конденсаторы емкостью от 0,5 пФ до сотен мкФ. Однако очень редко можно встретить емкости, превышающие 10 мкм, потому что они уже являются очень дорогими конденсаторами.

Конденсаторы слюды - для их изготовления используется москвит. Они характеризуются низким значением тангенса с углом потери и небольшим значением температурного коэффициента емкости. С точки зрения дизайна они напоминают керамические конденсаторы, потому что, подобно им, они могут быть выполнены из нескольких диэлектрических слоев. Их электроды сделаны из серебра, потому что эти конденсаторы не подвержены нагреву при высоких температурах. Используемая в них слюда чаще всего поступает из шахт, расположенных в Индии, потому что оттуда она имеет исключительное качество. Это очень благодарный материал для обработки, потому что из него сравнительно легко создавать плитки, которые затем снабжаются электродами. Все параметры, которые характеризуют конденсатор, то есть потери, стабильность или сопротивление изоляции, а также другие, в случае этого типа конденсаторов, очень выгодны и сопоставимы с керамическими конденсаторами и сделаны из пластика. Однако их основным недостатком является их большой размер и высокая цена, поэтому вместо них часто используются полипропиленовые конденсаторы. Однако, как только они используются, они используются в высокочастотных цепях, где они отвечают требованиям для небольших потерь и стабильной работы на высоких частотах. В настоящее время они производятся с емкостью от 1 пФ до 0,1 мкФ.

Бумажные конденсаторы - легко догадаться, что это конденсаторы, в которых диэлектрик представляет собой бумажный материал. Они характеризуются небольшими размерами и большими значениями емкости, однако имеют достаточно высокий коэффициент диэлектрических потерь. Диэлектрик, расположенный между крышками, является наиболее распространенным бумага который пропитан специальным синтетическим, парафиновым или конденсаторным маслом. Из-за того, что бумажные конденсаторы больше и дороже, чем изготовленные из пластмассы, они часто вытесняются и заменяются последними. Преимуществами бумажных конденсаторов, несомненно, являются их хорошая стойкость к импульсным напряжениям и низкое содержание углерода, которое в их случае составляет около 3%. В случае пластиковых конденсаторов это содержание составляет около 40% - 70%, что говорит в пользу бумажных конденсаторов, поскольку в их случае меньше риск самовоспламенения. Иногда используются конденсаторы, которые помимо слоя бумаги также имеют слой пленки. Затем говорят о смешанном диэлектрике.

Электролитические конденсаторы - среди них мы будем выделять конденсаторы с алюминиевыми или танталовыми электродами. Анод, или положительный полюс, покрывает тонкий слой оксида, который действует как диэлектрик. Чтобы уменьшить расстояние между оксидным слоем и катодом, то есть отрицательным полюсом, используется электролит, который характеризуется отрицательным сопротивлением.

Алюминиевые конденсаторы можно разделить на мокрые и сухие:

- мокрые алюминиевые электролитические конденсаторы - эти конденсаторы характеризуются использованием электролита, состоящего из борной кислоты, соли, гликоля и растворителя. Используются электроды, переваренные в результате кислотной ванны. Целью этой обработки является получение шероховатой поверхности таких электродов, благодаря которой их поверхность увеличивается до 300 раз. Что касается второго диэлектрического слоя, то есть оксида, который размещен на аноде, он получается путем купания в электролите, который содержит воду. Толщина такого слоя определяется таким образом, чтобы он составлял около 13 А для каждого вольтного напряжения, которое должен выдерживать этот конденсатор. Катод также покрыт тонким слоем оксида, составляющим приблизительно 40 А. Между двумя слоями оксида, которые покрывают анод и катод, помещается тонкая бумага, которая является сепаратором для предотвращения повреждения, которое может возникнуть в результате контакта этих слоев друг с другом. Корпус конденсатора подключен к отрицательному полюсу, но его нельзя использовать в качестве провода, поскольку оксидный слой имеет нелинейную характеристику, очень похожую на диодную характеристику. Максимальное напряжение в направлении блокировки может составлять 1,5 В. Если оно может быть превышено, может возникнуть катастрофическая ситуация. В настоящее время конденсаторы этого типа производятся с емкостью в диапазоне от 0,1 мкФ до 0,5 F. Конденсаторы с наивысшей электрической прочностью способны работать при напряжениях до 500 В. Такие конденсаторы чаще всего используются в системах фильтров, используемых в источниках питания. , В приложениях, связанных с переменным током, используются так называемые конденсаторы. Биполярный. В их случае применяются аноды из оксидного слоя, и анод помещается между анодами в виде пленки, не снабженной какими-либо выводами.

- алюминиевые сухие электролитические конденсаторы - это конденсаторы, которые были произведены в начале 20-го века. В то время их дизайн значительно отличался от используемого сегодня. В настоящее время электролит в конденсаторах этого типа представляет собой диоксид марганца или ограниченный полупроводник. Они так называемые твердотельные конденсаторы с алюминиевым электролитом, короче SAL. В случае диоксида марганца электролит на его основе характеризуется низким сопротивлением. Когда дело доходит до электродов, они также используются в этом случае пищеварение в кислой ванне и формующей ванне, которая создает оксидный слой на алюминиевом электроде. Между электродами, изготовленными таким образом, установлен сепаратор, изготовленный из стекловолокна и покрытый диоксидом марганца. Чтобы получить форму конденсатора, вся такая система сворачивается или скручивается соответственно, после чего провода соединяются, и все помещается в специальный корпус. Конденсаторы, изготовленные таким образом, характеризуются рядом свойств от других типов конденсаторов. Прежде всего, они характеризуются относительно длительным сроком службы. Еще одним преимуществом является широкий температурный диапазон, в котором они могут работать, что объясняется тем, что находящийся в них электролит не может испаряться. Эти температуры находятся в диапазоне от -55 ° C до 175 ° C, а для некоторых типов от -80 ° C до 200 ° C. В то же время их работа слегка зависит от температуры. В случае перегрева короткое замыкание не происходит. Срок службы этих конденсаторов не зависит от температуры, при которой они работают, но зависит от приложенного напряжения. Эти конденсаторы производятся с емкостью от 0,1 мкФ до 2200 мкФ.

В случае алюминиевых электролитических конденсаторов второго типа с сухим диэлектриком используется органический полупроводник. Этот полупроводник включен комплекс соль, которая упоминается как TCNQ. Эти соли характеризуются очень благоприятными электрическими и температурными свойствами. Конструкция конденсаторов этого типа в некоторых отношениях напоминает конденсаторы предыдущего типа. Здесь также используются электроды, вытравленные в кислотной ванне, и между ними расположен разделитель. Значение последовательного электрического сопротивления сравнимо с керамическими конденсаторами и пластиковыми конденсаторами. Конденсаторы этого типа используются в фильтрах блоков питания, при производстве блоков питания с преобразованием частоты, где результат использования высокочастотного последовательного сопротивления увеличивается настолько, что емкость становится менее важной. В отличие от конденсатора, в котором используется диоксид марганца, он не может работать при слишком высоких температурах, и максимальная температура, в которой он может работать, составляет 105 ° C, а самая низкая - -55 ° C. В случае напряжения в направлении блокировки оно способно выдерживать напряжение в 10% от номинального напряжения. Когда дело доходит до срока службы, оно больше зависит от температуры, чем в случае влажных конденсаторов. В случае работы при 1050 ° C срок службы составляет около 2000 часов, в то время как в случае работы при 85 ° C он уже увеличивается примерно до 20 000 часов. В результате перенапряжения может произойти короткое замыкание, но только если ток имеет силу тока менее 1 А, а значение температуры составляет менее 200 ° C (это также температура, при которой разлагается электролит). Тем не менее, не будет никакого постоянного повреждения конденсатора. Конденсаторы этого типа выпускаются емкостью от 0,1 до 220 мк.

- танталовые конденсаторы - в конденсаторах этих диэлектриков используется материал, изготовленный из тантала, который характеризуется отличными электрическими свойствами. Анод этого конденсатора изготовлен методом порошкового спеченного тантала. В результате этого процесса анод становится очень пористым - около 50% его объема составляют поры, что приводит к увеличению его внутренней поверхности примерно в 100 раз по отношению к внешней поверхности. Здесь также используется формовочная ванна, в результате чего электроды покрываются слоем оксида тантала. После этой обработки компоненты конденсатора погружают в раствор диоксида тантала. Таким образом, все поры анода заполнены. Катод представляет собой проводящую серебряную краску, и для ее контакта с углеродным слоем наносится графит. В более старых конструкциях использовались электролиты, подходящие для мокрых танталовых конденсаторов, но высокая стоимость их получения привела к тому, что теперь используются сухие материалы. Конденсаторы, изготовленные из тантала, характеризуются небольшим значением последовательного сопротивления, на которое в основном влияет небольшое удельное сопротивление тантала и диоксида тантала. Они также характеризуются небольшими размерами, даже меньшими, чем у алюминиевых конденсаторов, с такими же значениями параметров, которые их определяют. Недостатки этих конденсаторов включают высокую подверженность коротким замыканиям, которые возникают при превышении пределов напряжения или температуры. Такие короткие замыкания могут даже привести к разрыву конденсатора. В более старых типах этих конденсаторов использовалось последовательное сопротивление около 3 R на 1 вольт. Это было вызвано требованиями ограничить токи зарядки и разрядки, но это также вызвало секреция большое количество тепла на конденсаторе. В современных конструкциях используется последовательное сопротивление 0,1 R на 1 вольт, и с практической точки зрения это означает, что чаще всего последовательный резистор не требуется, поскольку такое сопротивление уже имеет медные дорожки и подключенные провода. Что касается максимального значения барьерного напряжения, оно составляет примерно 15% от номинального значения напряжения при работе при 250 ° С, а при 850 ° С - 5%. Танталовые конденсаторы производятся с емкостью от 0,1 до 1000 мкФ.

Конденсаторы из пластика - это конденсаторы, в которых диэлектрический слой между крышками представляет собой материал из пластика. Они характеризуются небольшими потерями, обусловленными низким сопротивлением крышек и высокими в случае изоляции. Эти конденсаторы относительно просты в изготовлении, и технология в этом случае уже настолько хорошо разработана, что их цены являются одними из самых низких. Это неполярные конденсаторы, характеризующиеся низким током утечки. Они обычно используются в качестве последовательных конденсаторов или в качестве блокирующих конденсаторов, используемых в аналого-цифровых цепях, во временных цепях и в фильтрах LC. Крышки таких конденсаторов обычно изготавливаются из металлической фольги или металлизируются. Преимущество использования металлизированной пленки состоит в том, что ее получают путем испарения тонкого металлического слоя на поверхности диэлектрика, и в случае возможного прорыва металл испаряется при проколе, а конденсатор не закорачивается. В качестве диэлектрика чаще всего используют фольгу из полистирола, полиэстера или полипропилена, что также является критерием для разделения их на следующие типы:

- полистирольные конденсаторы - характеризуются малым температурным коэффициентом и малым значением тангенса угла потерь. Они используются в высокочастотных цепях.

- полиэфирные конденсаторы - характеризуются высоким коэффициентом диэлектрических потерь. Они в основном используются в цепях с постоянным напряжением или с малыми частотами переменного напряжения.

- полипропиленовые конденсаторы - их свойства аналогичны свойствам полистирольных конденсаторов. Они в основном используются в цепях 50 Гц.

В настоящее время производятся пластиковые конденсаторы емкостью от 10 до 100 мкФ.