Рис.2.3. Последовательная схема замещения конденсатора и векторная диаграмма

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………….….. 2

Общие сведения о конденсаторах …………………………………………...…. 3

Керамические конденсаторы …………………………………………..………... 5

Причины отказов керамических конденсаторов ……………………………. 7

Вывод …………………………………………………………..………..….…… 11

Библиографический список …………………………………..……………...… 12

ВВЕДЕНИЕ

Эксплуатационные характеристики радиоэлектронной аппаратуры определяются свойствами составляющих ее деталей. Детали аппаратуры, выполняющие определенные функции по отношению к электрической энергии, называют компонентами (или элементами) радиоэлектронной аппаратуры.

Электрические свойства элементов описываются параметрами, устанавливающими связь между током и напряжением, которое прикладывается к элементу ( вольтамперной характеристикой).

Математическая модель для конденсаторов ,

где С – емкость конденсатора;

Отказ радиоэлемента(конденсатора) – это утрата его работоспособности.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОНДЕНСАТОРАХ

Конденсатор - это устройство, предназначенное для получения необходимых величин электрической емкости и способное накапливать и отдавать (перераспределять) электрические заряды.

Конденсатор состоит из двух (в ряде конструкций - более) проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. Как правило, расстояние между обкладками, равное толщине диэлектрика, мало по сравнению с линейными размерами обкладок. Поэтому электрическое поле, возникающее при подключении обкладок к источнику внешнего напряжения U, практически полностью сосредоточено между обкладками.

Как следует из определения, важнейшей характеристикой конденсатора является его емкость С , численно равная заряду q одной из обкладок при разности потенциалов между ними U, равной единице:

Емкость плоского конденсатора, представляющего собой две проводящие плоские параллельные пластины, разделенные диэлектриком, равна:

где S - площадь обкладки, d - толщина диэлектрика, e_o - электрическая постоянная, равная 8,85 ×10^-12 Ф/м.

Тангенс угла потерь tgd, характеризующий рассеяние электрической энергии в конденсаторе, связанное с переходом этой энергии в тепловую (нагревом конденсатора) и рассеянием в окружающей среде.

Полный ток, протекающий через конденсатор, имеет две составляющие: активную j_а = , совпадающую по фазе с Е и реактивную : j_r = , опережающую Е на π/2.

Величина импеданса конденсатора Z:

R L C

Рис.2.3. Последовательная схема замещения конденсатора и векторная диаграмма

Частота, на которой Х_L= Х_С и Z = Z_min= R, называется резонансной частотой конденсатора f_рез. Видно, что .

Энергия W, запасаемая конденсатором при приложении постоянного напряжения:

Температурный коэффициент емкости:

где C - емкость конденсатора, Т - температура.

КЕРАМИЧЕСИЕ КОНДЕНСАТОРЫ

К конденсаторам с неорганическим диэлектриком относятся в первую очередь керамические конденсаторы, рабочим диэлектриком которых является керамика, получаемая посредством высокотемпературного обжига.

Электроды (обкладки) керамических конденсаторов выполняются в виде тонкого слоя металла, вжигаемого в диэлектрик, или в виде тонкой металлической фольги. В качестве материала электродов конденсаторов используют тугоплавкие благородные металлы - палладий, платину и их сплавы друг с другом и с серебром. Необходимость применения дорогостоящих металлов вызвана тем, что в процессе высокотемпературного обжига керамики с уже нанесенными электродами или одновременного с обжигом керамики вжигания электродов, производимого в воздушной среде. Электроды из неблагородного металла в этих условиях неизбежно окисляются и теряют высокую проводимость.

По назначению керамические конденсаторы подразделяются на три типа.

Конденсаторы 1-го типа - конденсаторы, предназначенные для использования в резонансных контурах и других цепях радиоэлектронной аппаратуры, где принципиальное значение имеют малые потери и высокая стабильность емкости. Конденсаторы этого типа часто называют высокочастотными конденсаторами, хотя они могут применяться как при высоких, так и при низких частотах.

Конденсаторы 2-го типа - конденсаторы, предназначенные для использования в цепях фильтрации, блокировки или других цепях, где малые потери и высокая стабильность емкости не имеют существенного значения. Конденсаторы этого типа называют низкочастотными (хотя они могут применяться, в принципе, при любых частотах тока).

Для конденсаторов этого типа самым главным являются максимально возможные значения ε диэлектрика. Поэтому для изготовления конденсаторов 2-го типа применяют сегнетоэлектрики (сегнетокерамику) с высокими значениями диэлектрической проницаемости и немонотонной ее температурной зависимостью. Для этого класса диэлектриков характерны высокие потери (так как работает механизм спонтанной поляризации), так что данные материалы для конденсаторов 1-го типа непригодны.

Классификационным признаком для конденсаторов 2-го типа является температурная стабильность емкости

Конденсаторы 3-го типа - конденсаторы, предназначенные для работы в тех же цепях, что и конденсаторы 2-го типа, но имеющие по сравнению с ними несколько меньшее значение сопротивления изоляции и большее значение тангенса угла диэлектрических потерь, что практически ограничивает область их применения низкими частотами.

Кроме керамических конденсаторов, к конденсаторам с неорганическим диэлектриком относят слюдяные конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика используют пластины конденсаторной слюды. Их достоинствами являются высокая стабильность величины емкости, высокие добротность и надежность.

Еще одним типом неорганических конденсаторных диэлектриков является стекло и стеклокерамика.

ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ КЕРАМИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

Эксплуатационная надёжность конденсаторов в аппаратуре во многом определяется воздействием комплекса факторов, которые по своей природе можно разделить на следующие группы:

1. электрические нагрузки.

2. климатические нагрузки.

3. механические нагрузки.

4. радиационное воздействие.

Под воздействием указанных факторов происходит изменение параметров конденсаторов. В зависимости от вида и длительности нагрузки, уходы параметров складываются из обратимого (временного) и необратимого изменения. Обратимые изменения это когда после снятия нагрузки параметры конденсаторов принимают значения, близкие к начальным параметрам.

Электрические нагрузки.Необратимые наибольшие изменения параметров вызываются длительным воздействием электрической нагрузки при которой происходят процессы старения, ухудшающие электрическую прочность.

При постоянном напряжении основной причиной старения являются электрохимические процессы, возникающие в диэлектрике под действием постоянного поля и усиливающиеся с повышением t и влажности окружающей среды.

При переменном напряжении и импульсных режимах основной причиной старения являются ионизационные процессы, возникающие внутри диэлектрика или у краёв обкладок, преимущественно в местах газовых включений.

Перенапряжение приводит к пробоям диэлектрика, а превышение максимальных токовых нагрузок к перегреву конденсатора.

Климатические нагрузки. Температура и влажность окружающей среды важнейшими факторами, влияющими на надежность, долговечность и сохраняем ость конденсаторов. Длительное воздействие, повышенной температуры вызывает старение диэлектрика, в результате чего параметры конденсаторов претерпевают необратимые изменения.

Тепловое воздействие на конденсатор может быть, как периодически изменяющимся. Наряду с внешней t на конденсаторы в составе аппаратуры может дополнительно воздействовать теплота, выделяемая другими сильно нагревающимися при работе аппаратуры изделиями. С ростом t окружающей среды напряжения на конденсаторы должно снижаться.

В условиях повышенной влажности на электрические характеристики конденсаторов влияет как плёнка воды, образующаяся на поверхности, так и внутреннего поглощения влаги диэлектриком. Длительное воздействие повышенной влажности наиболее сильно сказывается на изменении параметров негерметизированных конденсаторов. Проникновение влаги внутрь конденсатора снижает сопротивление конденсатора и электрическая прочность. Влага вызывает коррозию металлических деталей и контактной арматуры конденсаторов, облегчает развитие различных плесневых грибков.

Защита конденсаторов от воздействия повышенной влажности. Наиболее эффективным способом защиты является герметизация в металлическом или керамическом корпусе. Другие способы защиты (покрытие эпоксидными компаундатами, опресовка пластмассами и др.) менее эффективны.

При недостаточной собственной защите применяется герметизация блоков аппаратуры или всей аппаратуры. Чтобы избежать повышения влажности и выпадение росы внутри герметизированных блоков необходимо помещать влагопоглащающие вещества.

Механические нагрузки.При эксплуатации, деформация при монтаже и транспортировании аппаратуры конденсаторы подвергаются воздействию различного вида механических нагрузок: вибрации, одиночным и многократным ударам, линейному ускорению, акустическим нагрузкам и пьезо эффекту. Наиболее опасными являются вибрационные и ударные нагрузки.

Воздействием механических нагрузок, превышающих допустимые нормы, может вызвать обрывы выводов и внутренних соединений, увеличения тока утечки, появление трещин в корпусах и изоляторах, снижение электрической прочности. Разрушение от вибрационной усталости (ему подвержены многослойные керамические конденсаторы при длительной работе на высоких частотах – пьеза эффект заставляет их многократно деформироваться.

Защита конденсаторов от воздействия механических нагрузок. Максимальная нагрузка на конденсатор достигается при резонансе, когда частота вибраций равна частоте собственных колебаний конденсатора. Кроме изменения частоты конденсатора применяют дополнительные способы крепления.

Радиационные воздействия.Воздействие, ионизирующих излучений может, как непосредственно вызывать изменение электрических и эксплуатационных характеристики конденсаторов, так и способствовать ускоренному старению конструкционных материалов при последующем воздействии др. Факторов. Процессы, протекающие в конденсаторах в условиях воздействия, ионизирующих излучений, коренным образом отличаются от процессов старения в обычных условиях эксплуатации. В результате воздействия в конденсаторах также могут возникать явления, приводящие к обратимым или остаточным изменениям их пар-ров.

Радиационные нарушения структуры материалов могут приводить и к ухудшению основных характеристик конденсаторов - срока службы, механической и электрической прочности, влагостойкости.

ВЫВОД

Для уменьшения отказов керамических конденсаторов можно усложнить процесс ОТК. Что позволит снизить вероятность отказа по браку. Также стоит повысить технологичность производства как самих конденсаторов, ток и продукции с их применением. В последнем получим уменьшение отказов из-за механических и тепловых воздействий. Также стоит обратить внимание правильность выбора типов и марок конденсаторов под конкретные ТХ схем.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Пассивные радиокомпоненты. Электрические конденсаторы: учеб. пособие / С.Д.Ханин [и др.] – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2000, 2004.

2. Ротенберг, Б.А. Керамические конденсаторные диэлектрики/ Б.А.Ротенберг.- СПб.: Изд-во ОАО «НИИ Гириконд», 2000.- 245 с.

3. Сорокин, В.С. Материалы и элементы электронной техники : учеб. для вузов в 2-х томах / В.С.Сорокин, Б.Л.Антипов, Н.П.Лазарева . – М.: Академия, 2006.

4. Детали и компоненты. Конденсаторы // Зарубежная электронная техника.-1997.- № 1, С.58-76.