2. Конденсаторы

Электрическиехарактеристики, конструкцияиобластьприменениязависятоттипадиэлектрикамеждуегообкладками. Повидудиэлектрикаможноподразделитьна:

1 - сгазообразнымдиэлектриком(воздушные, газонаполненные, вакуумные);

2 -жидкимдиэлектриком(вэлектроннойаппаратурепрактическинеиспользуются);

3 - ствердымнеорганическимдиэлектриком(керамические, стеклокерамические, стеклоэмалевые, стеклопленочные, тонкослойныеизнеорганическихпленок, слюдяные);

4 - ствердыморганическимдиэлектриком (бумажные, металлобумажные, фторопластовые, полиэтиленфталатые);

5 - соксиднымдиэлектриком(электролитические, оксидно-полупроводни-

ковые, оксидно-металлические, выполняемыесиспользованиемалюминия, титана, ниобия, сплавовтитанаиниобия).

Конденсатор, вкоторомможноплавноменятьемкостьвпроцессеэксплуатацииустройств, являетсяконденсаторомпеременнойемкости. Такиеконденсаторыиспользуютглавнымобразомдляплавнойнастройкиколебательныхконтуров.

Подстроечнымконденсаторомназываютконденсатор, емкостькоторогоможноизменятьтольковпроцессерегулировки. Впроцессэксплуатацииустройстваемкостьподстроечногоконденсаторадолжнаоставатьсяпостоянной. Этиконденсаторыиспользуютдлякомпенсацииотклоненийпараметровэлементовсхемы.

Упрощенныеэквивалентныесхемыконденсаторовсодержатемкость, сопротивление, индуктивность. Используетсяпоследовательноеипоследовательно-параллельноевключениеэтихэлементов, чтопоказанонарисунке9а, б.

Рисунок9 –Эквивалентныесхемыконденсатора

Индуктивностьобразованаэлементамиконструкцииконденсатора. Сопротивлениехарактеризуетпотериэнергиииотражаеттотфакт, чтонапряжениеитокконденсаторасдвинутыпофазенауголменьше90^о.

Привоздействиинаконденсаторнапряжениявнемвозникаютэлектрическиеиакустическиешумы. Электрическиешумывозникаютиз-замерцанияемкости, частичныхразрядовипьезоэлектрическогоэффекта. Акустическиешумыобусловленывибрациейобкладокподдействиемэлектродинамическихикулоновскихсил.

Частичныеразряды- местныеразрядывнутриизоляцииинаповерхности, невызывающиеполногопробоямежэлектронногопромежутка.

Мерцаниеемкости - скачкообразноеизменениеемкости, имеющееслучайныйхарактер.

Пьезоэлектрическиешумывозникают, какправило, врезультатемеханическихвоздействийиимеютхарактеримпульсов.

Различаютполныеисокращенныеусловныеобозначенияконденсаторов. Полноеобозначениесостоитизчетырехэлементов, напримерК10 - 25-100пФ±10% М47–НМ-В. ПервыйэлементсокращенноеобозначениеК10 - 25, второй-значениеосновныхпараметровихарактеристики100пФ±10% М47 - НМ-В: 100пФ- номинальнаяемкость; М47 - группапотемпературнойстабильности, НМ- сотсутствиеммерцанияемкости; третье-обозначениеклиматическогоисполнения: В- всеклиматического, Т-тропического.

Сокращенноеобозначениесостоитизтрехэлементов. Первыйэлемент-буквы, характеризующиеподклассконденсаторов: К - постояннойемкости; КТ - подстрочныеКП - переменнойемкости; КС - конденсаторныесборки; второйэлемент - цифры, характеризующиетипдиэлектрикаиназначениеконденсатора, т. е. егогруппу; третий - порядковыйномерразработки, напримерК10 - 25.

Дляобозначенияноминальнойемкости, допустимогоотклонения, группыпотемпературнойстабильностиприменяюткодированноеобозначение. Номинальнаяемкостьхарактеризуетсяцифройибуквой, указывающиенаединицуизмеренийипредставляющейсобоймножитель.

Такбуквыp, n, , m, Fобозначаютмножители10^-12, 10^-9, 10^-6, 10^-3, 1 соответственнодлязначенийемкости, выраженнойвфарадах. Заобозначениемемкостиследуетбуква, характеризующаядопустимоеотклонение(таблица1), например, 10nI-емкость10нФсдопуском±5%. Соответствующиеобозначенияноминаловимеютвид: 0, 1пФ - р10; 10пФ– 10р; 100пФ– 100р(n10); 1мкФ– 1м0; 100мкФ - 100м (м10); 1мФ– 1м0; 100мФ– 100m (F10); 1Ф - F0; 10 Ф - 10F

Вобозначениеемкостиконденсаторавходиттемпературныйкоэффициентемкости(ТКЕ). Онхарактеризуетизменениязначенияемкостивзависимостиоттемпературы.

ВобозначенииТКЕбуквыозначаютегознак: М- минус, П - плюс, МП-близкоекнулю. БукваНуказываетнато, чтоТКЕненормируется, ацифрыпосленее - навозможноеизменениеемкостивдиапазонедопустимыхтемператур, например, Н20.

ДляобозначенияТКЕчастоиспользуютцветовойкод. ЦветпокрытиякорпусауказываетназнакТКЕ, ацветкодировочногознака - наегозначение, например: синийисерыйцветакорпуса - положительныйТКЕ; голубой - близкийкнулю, красныйизеленый - отрицательныйТКЕ.

Аналогичнорезисторамноминальныеемкостиконденсаторовсоответствуютрядампредпочтительныхзначений.

Промышленностьвыпускаетбольшоеколичествотиповконденсаторовпостояннойемкости, различающихсяпоконструкцииииспользуемомудиэлектрику. Наиболееширокоприменяемыеконденсаторы.

Керамическиеконденсаторы. Основнойконструкциейкерамическогоконденсатора, чтопоказанонарисунке10, являетсязаготовкаизкерамики, надвестороныкоторойнанесеныметаллическиеобкладки.

Рисунок10 –Керамическийконденсатор

Дляизготовленияконденсаторовприменяюткерамикусразличнымизначениямидиэлектрическойпроницаемостиитемпературногокоэффициентадиэлектрическойпроницаемости. Засчетэтогоможнополучатьконденсаторысположительнымииотрицательнымизначениямитемпературногокоэффициентаемкости.

Современныекерамическиеконденсаторыизготовляютизтонкихметаллизированныхпластиноккерамики, которыеспрессовываютподдавлениемвмонолитныйблок, ониимеютмалыепотери, высокоесопротивлениеизоляции.

Стеклянные, стеклокерамическиеистеклоэмалевыеконденсаторы. Ихотносяткгруппеконденсаторовснеорганическимдиэлектриком, конденсаторсостоитизтонкихслоевсоответствующегоматериала, накоторыенанесеныэлектродыввидетонкихпленок. Дляпреданияконструкциимонолитноститакойнаборспекаютпривысокойтемпературе. Стеклянныеконденсаторыимеютвысокуютеплостойкость. Ихможноэксплуатироватьпритемпературедо150–300⁰C.

Встеклоэмалевыхконденсаторахдиэлектрикомслужаттонкиеслоистеклоэмали (толщинойнесколькодесятковмк). Благодарявысокойэлектрическойпрочностистеклоэмалиполучаютконденсаторысвысокимрабочимнапряжением. Ониимеютмалыепотериибольшоесопротивлениеизоляции.

Дляувеличенияемкостипритехжегабаритахвстеклодобавляюткерамикусповышеннойдиэлектрическойпроницаемостью, иконденсаторыполучилиназваниестеклокерамические. Вышерассмотренныеконденсаторыцелесообразноприменятьвтехслучаях, когдатребуетсявысокаястабильность, малыепотери, высокаятеплостойкостьибольшоесопротивлениеизоляции.

Слюдяныеконденсаторы. Вкачестведиэлектрикавслюдяныхконденсаторахиспользуютпластинкислюды, аобкладкойявляетсяалюминиеваяфольгаилислойметалла, нанесенныенаслюдуметодомраспыленияиливжигания.

Слюдяныеконденсаторыиспользуюттам, гдетребуетсявысокаястабильностьемкостиималыепотери.

Бумажныеконденсаторы. Внихкачестведиэлектрикаиспользуетсяспециальнаяконденсаторнаябумага. Бумажныеконденсаторыизготовляютиздвухдлинных, свернутыхврулонлентфольги, изолированныхконденсаторнойбумагой.

Дляповышенияэлектрическойпрочности, увеличениядиэлектрическойпроницаемости, защитыотвоздействиявлаги, атакжедляуменьшениястарениябумажныеконденсаторыпропитываютспециальнымсоставомигерметизируют.

Особуюгруппусоставляютметаллобумажныеконденсаторы, вкачествеобкладоккоторыхвместофольгииспользуюттонкийслойметалла, нанесенныйнаконденсаторнуюбумагуметодомиспаренияввакууме.

Важнымсвойствомметаллобумажныхконденсаторовявляетсяспособностьсамовостанавливатьэлектрическуюпрочностьпослепробоя: прислучайномзамыканиивотдельныхточкахобкладоктоккороткогозамыканиярасплавляетслойметаллавокругзоныпробоя, которыйчастичноиспаряется, врезультатечегообкладкиоказываютсяизолированнымидруготдруга.

Бумажныеиметаллобумажныеконденсаторыприменяютсявкачествешунтирующих, фильтровых, разделительныхит. п.

Плёночныеконденсаторы. Уэтихконденсатороввкачестведиэлектрикаиспользуюттонкиепленкиизразличныхматериалов(полистирола, фторопластаит. п. ), атакжелаковыепленкиразличныхматериалов. Некоторыеизэтихматериаловявляютсяполярными(поликарбонат), другиенеполярными(фторопласт). Поконструкциипленочныеконденсаторыподобныбумажным, ноблагодарялучшимсвойствамдиэлектрикаобладаютлучшимихарактеристиками.

Электролитическиеконденсаторы. Такиеконденсаторывкачестведиэлектрикаиспользуюттонкийслойоксиднойпленки, нанесенныйнаалюминиевуюилитанталовуюпластину. Вторымэлектродомявляетсяэлектролит.

Электролитическиефольговыеконденсаторыизготавливаютиздвухлентфольги(оксидированнойинеоксидированной), междукоторымипомещаетсяпрокладкиизбумагиилиткани, пропитаннойэлектролитом. Полученныйтакимобразомконденсаторсворачиваютврулонипомещаютвкорпусе. Выводыприсоединяюткоксидированной(положительныйэлектрод) инеоксидированнойфольге, котораяплотноприлегаеткэлектролиту(отрицательныйэлектрод).

Электролитическиеконденсаторымогутиметьемкостьтысячимикрофарадпринебольшихразмерах.

Большинствоэлектролитическихконденсаторовотноситсяккатегорииполярных. Онимогутработатьприпостоянномилипульсирующемнапряженииопределеннойполярности. Приизмененииполярностииливключениивцепьпеременноготокаэлектролитическийконденсаторвыходитизстроя. Ограниченнаятолщинаоксиднойпленкипозволяетсоздаватьалюминиевыеконденсаторынарабочеенапряжениедо500В, атанталовые - до150 В.

Большуюемкостьпрималыхгабаритахимеюттанталовыеконденсаторы, т. к. пленкатанталапревышаетдиэлектрическуюпроницаемостьокисиалюминияв2. 5 раза.

Улучшеннымихарактеристикамивсочетаниисмалымигабаритамиобладаютоксидно-полупроводниковыеконденсаторы. Такойконденсаторсостоитизобъемно-пористогоанода, покрытогослоемполупроводника, накоторыйнанесенконтактныйпроводящийслой.

1. 4 Основныепараметрыконденсаторов

1 - номинальноезначениеемкостиконденсатора;

2 - допустимоеотклонениедействительнойемкостиотноминальногозначения(в %). УконденсаторовразличаютноминальноеС_номифактическоеС_фзначенияемкости. Номинальнаяемкостьуказываетсянамаркировкеконденсатора; фактическая - этозначениеемкости, измеренноеприданнойтемпературеиопределеннойчастоте. Допустимоеотклонениеемкостиопределяетсяизвыражения:

∆ С_ном=(С_ф-С_ном/С_ном)100% (7)

3 - температурнаястабильностьемкости. Приизменениитемпературыокружающеговоздухапроисходитизменениедиэлектрическойпроницаемостидиэлектрика, площадиобкладокизазоровмеждуними, врезультатечегоменяетсяемкость.

Еслипослепрекращениятемпературноговоздействияемкостьвозвращаетсяксвоемупервоначальномузначению, тотакоеизменениеназываютобратимымонохарактеризуетсятемпературнымкоэффициентомемкости. Определяетсяизвыражения:

ТКЕ=∆ С/С∆ t (8)

где∆ С- изменениеемкостиприизменениитемпературына∆ t; ⁰С;

С- значениеемкостипринормальнойтемпературе.

4 -тангенсуглапотерьилидобротностьQ. Определяетсяпоформуле

Q=1/tgδ. (9)

Значениеtgδ изменяютсявширокихпределахвосновномвзависимостиотматериаладиэлектрикаконденсатора.

Значениеtgδ зависитотчастотыпроходящеготокаитемпературыокружающеговоздуха. Сповышениемчастотыитемпературыtgδ возрастает.

5 - токутечки. Характеренвосновномдляэлектролитическихконденсаторов. Этоэлектрическийтокприпостоянномнапряжении, приложенномкконденсатору. Определяетсяизвыражения.

I_ут=К*С_ном*U_ном+m, (10)

гдеК, m- коэффициенты, зависящиеоттипаиемкостиконденсатора.

6 -сопротивлениеизоляции. Сопротивлениеизоляцииконденсаторазависитотудельногообъемногоиповерхностногосопротивленийдиэлектрика, атакжеотегоразмеров. Определяетсяизвыражения

R_из=U_o/I_ут, (11)

гдеU_o- постоянноенапряжение, приложенноекконденсатору, вызвавшееI_ут.

7 – электрическаяпрочностьконденсатора. Онахарактеризуетсязначениямирабочегоииспытательногонапряжения.

Рабочимназываютмаксимальноенапряжение, котороеконденсаторможетвыдерживатьдлительноевремяприсохраненииосновныхпараметроввдопустимыхпределах. Эксплуатироватьконденсаторпринапряжении, превышающемрабочее, нельзя, т. к. приэтомконденсаторможетвыйтиизстроя.

Испытательнымназываютнапряжениемаксимальное, котороеконденсаторвыдерживаетвтечениемалогопромежуткавремени(10÷ 60с). Обычноиспытательноенапряжениеравно110÷ 300% отрабочего.

Вэлектронныхустройствахиспользуютконденсаторыотединицвольтдодесятковкиловольт.

Переменныеиподстроечныеконденсаторывыполняютсясмеханическиилиэлектрическиизменяемойемкостью.

Вконденсаторахсмеханическиизменяемойемкостьюоднапластинаперемещаетсяотносительнодругой(можетиспользоватьсягруппапластин), составляющихобкладкиконденсатора. Приэтомможетменятьсяиливзаимноеперекрытиепластин, илирасстояниемеждуними. Напрактикевосновномиспользуютизменениевзаимногоперекрытияпластин. Чащевсегоприменяютвращательноедвижениеиоднуобкладкуконденсаторавыполняютввидеротора, адругую–статора, чтопоказанонарисунке11.

1 - cтатор; 2 - ротор; 3 - площадьперекрытияпластин

Рисунок11 –Конструкцияпеременногоконденсатора

Промышленностьвыпускаетпеременныеиподстроечныеконденсаторысвоздушным, твердыминеорганическими(керамическими, слюдяными) иорганическими(полистироловыми, полиэтиленовыми) диэлектриками.

Переменныеиподстроечныеконденсаторыразличаютсявосновномконструктивнымисполнением. Переменныеконденсаторыимеютручку, спомощьюкоторойвращаетсяподвижнаячасть. Уподстроечныхконденсаторовподвижнаячасть, какправило, имеетшлицподотвертку.

ДляпеременныхиподстроечныхконденсаторовважнымаксимальнаяC_m_ахиминимальнаяС_minемкости.

Получилираспространениевэлектроникеинелинейныеконденсаторы, укоторыхемкостьзависитотнапряженностиэлектрическогополя. Нелинейныеконденсаторы, выполненныенаосновесегнетоэлектриков(керамическихдиэлектриковсоспонтаннойполяризацией) получилиназванияварикондов, анаосновеиспользованиясвойствp-nпереходаполупроводника- варикапами. Условноеобозначениеконденсаторовприведенонарисунке 12.

a - постояннойемкости; б - электролитическийполярный;

в - переменнойемкости; г - подстроечным; д - варикап

Рисунок12 –Условноеобозначениеконденсаторов

⇐ Предыдущая 1 2 34