Принцип классификации конденсаторов: основные типы и виды, характеристики и описания

Принцип классификации конденсаторов: основные типы и виды, характеристики и описания

Конденсаторы

Принцип действия конденсаторов основан на способности накапливать на обкладках электрические заряды при приложении между ними напряжения. Количественной мерой способности накапливать электрические заряды является емкость конденсатора. В простейшем случае конденсатор представляет собой две металлические пластины, разделенные слоем диэлектрика. Емкость такого конденсатора, пФ

где e относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика ( e >1 ),

S – площадь обкладок конденсатора (см 2 ),

d – расстояние между обкладками (см).

Конденсаторы широко используются в РЭА для самых различных целей. На их долю приходится примерно 25% всех элементов принципиальной схемы.

Классификация и конструкции конденсаторов.

По назначению конденсаторы делятся на конденсаторы общего назначения и специального назначения. Конденсаторы общего назначения делятся на низкочастотные и высокочастотные. К конденсаторам специального назначения относятся высоковольтные, помехоподавляющие, импульсные, дозиметрические, конденсаторы с электрически управляемой емкостью (варикапы, вариконды) и др.

По назначению конденсаторы подразделяются на контурные, разделительные, блокировочные, фильтровые и т.д., а по характеру изменения емкости на постоянные, переменные и полупеременные (подстроечные).

По материалу диэлектрика различают три вида конденсаторов: с твердым, газообразным и жидким диэлектриком. Конденсаторы с твердым диэлектриком делятся на керамические, стеклянные, стеклокерамические, стеклоэмалевые, слюдяные, бумажные, электролитические, полистирольные, фторопластовые и др.

По способу крепления различают конденсаторы для навесного и печатного монтажа, для микромодулей и микросхем.

Пакетная конструкция (Рис. 1). Она применяется в слюдяных, стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых типах керамических конденсаторов и представляет собой пакет диэлектрических пластин (слюды) I толщиной около 0,04 мм, на которые напылены металлизированные обкладки 2, соединяемые в общий контакт полосками фольги 3.

Рис. 1 Пакетная конструкцияРис. 2. Трубчатая конструкция

Трубчатая конструкция. Она характерна для высокочастотных трубчатых конденсаторов и представляет собой керамическую трубку I (Рис. 2) с толщиной стенок около 0,25 мм, на внутреннюю и внешнюю поверхность которой методом вжигания нанесены серебряные обкладки 2 и 3. Для присоединения гибких проволочных выводов 4 внутреннюю обкладку выводят на внешнюю поверхность трубки и создают между ней и внешней обкладкой изолирующий поясок 5, снаружи на трубку наносится защитная пленка из изоляционного вещества.

Дисковая конструкция. Эта конструкция (Рис. 3) характерна для высокочастотных керамических конденсаторов: на керамический диск I с двух сторон вжигаются серебряные обкладки 2 и 3, к которым присоединяются гибкие выводы 4..

Рис. 3.Дисковая конструкцияРис. 4 Литая конструкция

Литая секционированная конструкция. Эта конструкция характерна для монолитных многослойных керамических конденсаторов (Рис. 4), получивших в последние годы широкое распространение, в том числе в аппаратуре с ИМС.

Такие конденсаторы изготовляют путем литья горячей керамики, в результате которого получают керамическую заготовку I с толщиной стенок около 100 мкм и прорезями (пазами) 2 между ними, толщина которых порядка 130-150 мкм. Затем эта заготовка окунается в серебряную пасту, которая заполняет пазы, после чего осуществляют вжигание серебра в керамику.

В результате образуются две группы серебряных пластин, расположенных в пазах керамической заготовки, к которым припаиваются гибкие выводы

Рулонная конструкция. Эта конструкция (Рис. 5.) характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов, обладающих большой емкостью. Бумажный конденсатор образуется путем свертывания в рулон бумажной ленты 1 толщиной около 5-6 мкм и ленты из металлической фольги 2 толщиной около 10-20 мкм. В металлобумажных конденсаторах вместо фольги применяется тонкая металлическая пленка толщиной менее 1 мкм, нанесенная на бумажную ленту.

Рис. 5 Рулонный конденсатор

Рулон из чередующихся слоев металла и бумаги не обладает механической жесткостью и прочностью, поэтому он размещается в металлическом корпусе, являющемся механической основой конструкции.

Емкость бумажных конденсаторов достигает 10 мкф, а металлобумажных 30 мкф.

Номинальная емкость Сном и допустимое отклонение от номинала ±DС.

Номинальные значения емкости Сном высокочастотных конденсаторов так же как и номинальные значения сопротивлений стандартизированы и определяются рядами Е6, Е12, Е24 и т.д.(см.табл.2.1). Номинальные значения емкости электролитических конденсаторов определяются рядом: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30;50; 100; 200; 300; 500; 1000; 2000:5000 мкф.

Е24Е12Е6
1,01,01,0
1,1
1,21,2
1,3
1,51,51,5
1,6
1,81,8
2,0
2,22,22,2
2,4
2,72,7
3,0
3,33,33,3
3,6
3,93,9
4,3
4,74,74,7
5,1
5,65,6
6,2
6,86,86,8
7,5
8,28,2
9,1

Номинальные значения емкости бумажных пленочных конденсаторов определяются рядом: 0,5; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 20; 20; 40; 60; 80; 100; 200;400; 600; 800; 1000 мкф.

По отклонению от номинала конденсаторы разделяются на классы (табл. 2).

Класс0,010,020,05IIIIIIIVVVI
Допуск, %±0,1±0,2±0,5±1±2±5±10±20-10 +20-20 +30-20 +50

Конденсаторы I, II, и III классов точности являются конденсаторами широкого применения и соответствуют рядам Е24, Е12 и Е6.

В зависимости от назначения в РЭА применяют конденсаторы различных классов точности. Блокировочные и разделительные конденсаторы обычно выбирают по II и III классам точности, контурные конденсаторы обычно имеют 1,0 или 00 классы точности, а фильтровые – IV, V и VI классы точности.

Электрическая прочность конденсаторов характеризуется величиной напряжения пробоя и зависит в основном от изоляционных свойств диэлектрика. Все конденсаторы в процессе изготовления подвергаются воздействию испытательного напряжения в течении 2 – 5 с. В технической документации указывается номинальное напряжение, т.е. такое максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать длительное время при соблюдении условий, указанных в технической документации. Для повышения надежности РЭА конденсаторы используют при напряжении, которое меньше номинального.

Стабильность емкости определяется ее изменением под воздействием внешних факторов. Наибольшее влияние на величину емкости оказывает температура. Ее влияние оценивается температурным коэффициентом емкости (ТКЕ):

По значению ТКЕ керамические и некоторые другие конденсаторы разделяются на группы, приведенные в табл.3.

Таблица 3: Группы ТКЕ конденсаторов с линейной или близкой к ней зависимостью емкости от температуры

Обозначение групп ТКЕНоминальное значение ТКЕ при 20 — 85њ С
П100 (П120)+ 100 (+120)
П33-133
МП0
МП33-133
МП47-47
М75-75
М150-150
М220-220
М330-330
М470-470
М750 (М700)-750 (-700)
М2200-2200

Для конденсаторов с нелинейной зависимостью емкости от температуры, а также с большими уходами емкости от температуры обычно приводится относительное изменение емкости в рабочем интервале температур.

Керамические конденсаторы типа 2 по допускаемому изменению емкости в рабочем интервале температур разделяются на следующие группы (табл.4).
Слюдяные конденсаторы по значению ТКЕ разделяются на следующие группы (табл. 5).

Таблица 4. Группы керамических конденсаторов типа 2 по допускаемому изменению емкости в интервале температур

Условное обозначение группДопускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
H10±10
H20±20
H30±30
H50±50
H70±70
H90±90

Таблица 5. Группы ТКЕ слюдяных конденсаторов

Обозначение групп ТКЕНоминальное значение ТКЕ
А±200
Б±100
В±50
Г±20

У высокочастотных конденсаторов величина ТКЕ не зависит от температуры и указывается на корпусе конденсатора путем окраски корпуса в определенный цвет и нанесения цветной метки.

У низкочастотных конденсаторов температурная зависимость емкости носит нелинейный характер. Температурная стабильность этих конденсаторов оценивается величиной предельного отклонения емкости при крайних значениях температуры. Низкочастотные конденсаторы разделены на три группы по величине температурной нестабильности: Н20 – ±20%; НЗО – ±30%; Н90 – (+50 -90)%.

Потери энергии в конденсаторах обусловлены электропроводностью и поляризацией диэлектрика (см. 1.6.7) и характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tgd. Конденсаторы с керамическим диэлектриком имеют tgd »10 -4 , конденсаторы со слюдяным диэлектриком – 10 -4 , с бумажным – 0,01-0,02, с оксидным-0,1-1,0.

Что такое конденсатор и как он работает?

Если вы рассмотрите печатную плату даже самого простого электронного устройства, то обязательно увидите конденсатор, а чаще всего встретите множество этих элементов. Присутствие этих изделий на различных электронных схемах объясняется свойствами данных радиоэлементов, широким диапазоном функций, которые они выполняют.

В настоящее время промышленность поставляет на рынок конденсаторную продукцию различных видов (рис. 1). Параметры изделий варьируются в широких пределах, что позволяет легко подобрать радиодеталь для конкретной цели.

Рис. 1. Распространённые типы конденсаторов

Рассмотрим более подробно конструкции и основные параметры этих вездесущих радиоэлементов.

Что такое конденсатор?

В классическом понимании конденсатором является радиоэлектронное устройство, предназначенное для накопления энергии электрического поля, обладающее способностью накапливать в себе электрический заряд, с последующей передачей накопленной энергии другим элементам электрической цепи. Устройства очень часто используют в различных электрических схемах.

Конденсаторы способны очень быстро накапливать заряд и так же быстро отдавать всю накопленную энергию. Для их работы характерна цикличность данного процесса. Величина накапливаемого электричества и периоды циклов заряда-разряда определяется характеристиками изделий, которые в свою очередь зависят от типа модели. Параметры этих величин можно определить по маркировке изделий.

Конструкция и принцип работы

Простейшим конденсатором являются две металлические пластины, разделённые диэлектриком. Выступать в качестве диэлектрика может воздушное пространство между пластинами. Модель такого устройства изображена на рис. 2.

Читайте также:  Для чего нужны трансформаторы: устройство, принцип работы, назначение и применение

Рис. 2. Модель простейшего конденсаторного устройства

Если на конструкцию подать постоянное напряжение, то образуется кратковременная замкнутая электрическая цепь. На каждой металлической пластине сконцентрируются заряды, полярность которых будет соответствоать полярности приложенного тока. По мере накопления зарядов ток будет ослабевать, и в определенный момент цепь разорвётся. В нашем случае это произойдёт молниеносно.

При подключении нагрузки накопленная энергия устремится через нагрузочный элемент в обратном направлении. Произойдёт кратковременный всплеск электрического тока в образованной цепи. Количество накапливаемых зарядов (ёмкость, C) прямо зависит от размеров пластин.

Единицу измерения ёмкости принятоназывать фарадой (Ф). 1 F – очень большая величина, поэтому на практике часто применяют кратные величины: микрофарады (1 мкФ = 10 -6 F ), нанофарады ( 1 нФ = 10 -9 F = 10 -3 мкФ), пикофарады (1 пкФ = 10 -12 F = 10 -6 мкФ). Очень редко применяют величину милифараду (1 мФ = 10 -3 Ф).

Конструкции современных конденсаторов отличаются от рассматриваемой нами модели. С целью увеличения ёмкости вместо пластин используют обкладки из алюминиевой, ниобиевой либо танталовой фольги, разделённой диэлектриками. Эти слоеные ленты туго сворачивают в цилиндр и помещают в цилиндрический корпус. Принцип работы не отличается от описанного выше.

Существуют также плоские конденсаторы, конструктивно состоящие из множества тонких обкладок, спрессованных между слоями диэлектрика в форме параллелепипеда. Такие модели можно представить себе в виде стопки пластин, образующих множество пар обкладок, соединённых параллельно.

В качестве диэлектриков применяют:

  • бумагу;
  • полипропилен;
  • тефлон;
  • стекло;
  • полистирол;
  • органические синтетические плёнки;
  • эмаль;
  • титанит бария;
  • керамику и различные оксидные материалы.

Отдельную группу составляют изделия, у которых одна обкладка выполнена из металла, а в качестве второй выступает электролит. Это класс электролитических конденсаторов (пример на рисунке 3 ниже). Они отличаются от других типов изделий большой удельной ёмкостью. Похожими свойствами обладают оксидно-полупроводниковые модели. Второй анод у них – это слой полупроводника, нанесённый на изолирующий оксидный слой.

Рис. 3. Конструкция радиального электролитического конденсатора

Электролитические модели, а также большинство оксидно-полупроводниковых конденсаторов имеют униполярную проводимость. Их эксплуатация допустима лишь при наличии положительного потенциала на аноде и при номинальных напряжениях. Поэтому следует строго соблюдать полярность подключения упомянутых радиоэлектронных элементов.

На корпусе такого прибора обязательно указывается полярность (светлая полоска со значками «–», см. рис. 4) или значок «+» со стороны положительного электрода на корпусах старых отечественных конденсаторов.

Рисунок 4. Обозначение полярности выводов

Срок службы электролитического конденсатора ограничен. Эти приборы очень чувствительны к высоким напряжениям. Поэтому при выборе радиоэлемента старайтесь, чтобы его рабочее напряжение было значительно выше номинального.

Свойства

Из описания понятно, что для постоянного тока конденсатор является непреодолимым барьером, за исключением случаев пробоя диэлектрика. В таких электрических цепях радиоэлемент используется для накопления и сохранения электричества на его электродах. Изменение напряжения происходит лишь в случаях изменений параметров тока в цепи. Эти изменения могут считывать другие элементы схемы и реагировать на них.

В цепях синусоидального тока конденсатор ведёт себя подобно катушке индуктивности. Он пропускает переменный ток, но отсекает постоянную составляющую, а значит, может служить отличным фильтром. Такие радиоэлектронные элементы применяются в цепях обратной связи, входят в схемы колебательных контуров и т. п.

Ещё одно свойство состоит в том, что переменную емкость можно использовать для сдвига фаз. Существуют специальные пусковые конденсаторы (рис.5), применяемые для запусков трёхфазных электромоторов в однофазных электросетях.

Рис. 5. Пусковой конденсатор с проводами

Основные параметры и характеристики

Ёмкость.

Важным параметром конденсатора является его номинальная ёмкость. Для плоского конденсатора справедлива формула:

С = (ε*ε*S) / d,

где ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, S – размеры обкладок (площадь пластин), d – расстояние между пластинами (обкладками).

Реальная емкость отдельных элементов обычно невелика, но можно получить конструкцию ёмкостью в несколько фарад, если параллельно соединить огромное число обкладок. В этом случае реальная ёмкость равняется сумме всех ёмкостей обкладок.

Максимальные емкости некоторых конденсаторов могут достигать нескольких фарад.

Удельная ёмкость.

Величина, характеризующая отношение ёмкости к объёму или к массе радиодетали. Данный параметр важен в микроэлектронике, где размеры деталей очень важны.

Номинальное напряжение.

Одной из важных электрических характеристик является номинальное напряжение – значение максимальных напряжений, при которых конденсатор может работать без потери значений других его параметров. При превышении критической величины равной напряжению пробоя происходит разрушение диэлектрика. Поэтому номинальное напряжение подбирают заведомо большее любых возможных максимальных амплитуд синусоидального тока в цепи конденсатора.

Существуют характеристики, такие как тангенс угла потерь, температурный коэффициент ёмкости, сопротивление утечки, диэлектрическая абсорбция и др., которые интересны только узким специалистам, а их параметры можно узнать из специальных справочников.

Классификация

Основные параметры конденсаторных изделий определяются типом диэлектрика. От материала зависит стабильность ёмкости, тангенс диэлектрических потерь, пьезоэффект и другие. Исходя из этого, классификацию моделей целесообразно осуществлять именно по виду диэлектрика.

По данному признаку различают следующие типы изделий:

  • вакуумные;
  • с воздушным диэлектриком;
  • радиоэлементы, в которых диэлектриком является жидкость;
  • с твёрдым неорганическим диэлектриком (стекло, слюда, керамика). Характеризуются малым током утечки;
  • модели с бумажным диэлектриком и комбинированные, бумажно-плёночные;
  • масляные конденсаторы постоянного тока;
  • электролитические;
  • категория оксидных конденсаторов, к которым относятся оксидно-полупроводниковые и танталовые конденсаторы;
  • твёрдотельные, у которых вместо жидкого электролита используется органический полимер или полимеризованный полупроводник.

В твёрдотельных моделях срок службы больший, чем у жидко-электролитических и составляет около 50 000 часов. У них меньшее внутренне сопротивление, то есть ЭПС почти не зависит от температуры, они не взрываются.

Классифицируют изделия и по другому важному параметру – изменению ёмкости. По данному признаку различают:

  • постоянные конденсаторы, то есть те, которые имеют постоянную емкость;
  • переменные, у которых можно управлять изменением ёмкости механическим способом либо с помощью приложенного напряжения (варикапы и вариконды), а также путём изменения температуры (термоконденсаторы);
  • класс подстроечных конденсаторов, которые используют для подстройки или выравнивания рабочих ёмкостей при настройке контуров, а также с целью периодической подстройки различных схем.

Все существующие конденсаторы можно условно разделить на общие и специальные. К изделиям общего назначения относятся самые распространённые низковольтные конденсаторы (см. рис. 6). К ним не предъявляют особых требований.

Рис. 6. Конденсаторы общего назначения

Все остальные ёмкостные радиоэлементы принадлежат к классу специального назначения:

  • импульсные;
  • пусковые;
  • высоковольтные (см. рис. 7);
  • помехоподавляющие,
  • дозиметрические и др.;

Рис. 7. Высоковольтные конденсаторы

Изображённые на фото устройства могут работать в высоковольтных цепях сравнительно низкой частоты.

Маркировка

Для маркировки отечественных изделий применялась буквенная система. Сегодня распространена цифровая маркировка. В буквенной системе применялись символы:

  • К – конденсатор;
  • Б, К, С, Э и т. д – тип диэлектрика, например: К – керамический, Э – электролитический;
  • На третьем месте стоял символ, обозначающий особенности исполнения.

В данной системе маркировки иногда первую букву опускали.

В новой системе маркировки на первом месте может стоять буква К, а после неё идёт буквенно-цифровой код. Для обозначения номинала, вида диэлектрика и номера разработки используют цифры. Пример такой маркировки показан на рисунке 8. Обратите внимание на то, что на корпусе электролитического конденсатора обозначена полярность включения.

Рис. 8. Маркировка конденсаторов

  • Ёмкость от 0 до 999 пФ указывают в пикофарадах, например: 250p:
  • от 1000 до 999999 пФ – в нанофарадах: n180;
  • от 1 до 999 мкФ – в микрофарадах: 2μ5;
  • от 1000 до 999999 мкФ – в миллифарадах: m150;
  • ёмкость, больше значения 999999 мкФ, указывают в фарадах.

Обозначение на схемах

Каждое семейство конденсаторов имеет своё обозначение, позволяющее визуально определить его тип (см. рис. 9).

Рис. 9. Обозначение на схемах

Соединение конденсаторов

Существует два способа соединения: параллельное и последовательное. При параллельном соединении общая ёмкость равна сумме ёмкостей отдельных элементов: Собщ. = С1 + С2 + … + Сn.

Для последовательного соединения расчёт ёмкости рассчитывается по формуле: Cобщ. = ( C1* C2 *…* Cm ) / ( C1 + C2+…+Cn )

Чтобы быстро посчитать общую емкость соединенных конденсаторов лучше воспользоваться нашими калькуляторами:

Применение

Конденсаторы применяются почти во всех областях электротехники. Перечислим лишь некоторые из них:

  • построение цепей обратной связи, фильтров, колебательных контуров;
  • использование в качестве элемента памяти;
  • для компенсации реактивной мощности;
  • для реализации логики в некоторых видах защит;
  • в качестве датчика для измерения уровня жидкости;
  • для запуска электродвигателей в однофазных сетях переменного тока.

С помощью этого радиоэлектронного элемента можно получать импульсы большой мощности, что используется, например, в фотовспышках, в системах зажигания карбюраторных двигателей.

Виды конденсаторов. Устройство и особенности. Параметры и работа

Все виды конденсаторов имеют одинаковое основное устройство, оно состоит из двух токопроводящих пластин (обкладок), на которых концентрируются электрические заряды противоположных полюсов, и слоя изоляционного материала между ними.

Применяемые материалы и величина обкладок с разными параметрами слоя диэлектрика влияют на свойства конденсатора.

Классификация

Конденсаторы делятся на виды по следующим факторам.

Назначению:
  • Общего назначения . Это популярный вид конденсаторов, которые используют в электронике. К ним не предъявляются особые требования.
  • Специальные . Такие конденсаторы обладают повышенной надежностью при заданном напряжении и других параметров при запуске электродвигателей и специального оборудования.
Изменению емкости:
  • Постоянной емкости . Не имеют возможности изменения емкости.
  • Переменной емкости . Они могут изменять значение емкости при воздействии на них температуры, напряжения, регулировки положения обкладок. К конденсаторам переменной емкости относятся:
    — Подстроечные конденсаторы не предназначены для постоянной работы, связанной с быстрой настройкой емкости. Они служат только для одноразовой наладки оборудования и периодической подстройки емкости.
    — Нелинейные конденсаторы изменяют свою емкость от воздействия температуры и напряжения по нелинейному графику. Конденсаторы, емкость которых зависит от напряжения, называются варикондами , от температуры – термоконденсаторами .
Читайте также:  Нож электрика: плюсы работы с устройством, его функции; обзор популярных моделей
Способу защиты:
  • Незащищенные работают в обычных условиях, не имеют никакой защиты.
  • Защищенные конденсаторы выполнены в защищенном корпусе, поэтому могут работать при высокой влажности.
  • Неизолированные имеют открытый корпус и не имеют изоляции от возможного соприкосновения с различными элементами схемы.
  • Изолированные конденсаторы выполнены в закрытом корпусе.
  • Уплотненные имеют корпус, заполненный специальными материалами.
  • Герметизированные имеют герметичный корпус, полностью изолированы от внешней среды.
Виду монтажа:
  • Навесные делятся на несколько видов с;
    — ленточными выводами;
    — опорным винтом;
    — круглыми электродами;
    — радиальными или аксиальными выводами.
  • Конденсаторы с винтовыми выводами оснащены резьбой для соединения со схемой, применяются в силовых цепях. Подобные выводы проще фиксировать на охлаждающих радиаторах для снижения тепловых нагрузок.
  • Конденсаторы с защелкивающимися выводами являются новой разработкой, при монтаже на плату они защелкиваются. Это очень удобно, так как нет необходимости использовать пайку.
  • Конденсаторы, предназначенные для поверхностной установки , имеют особенность конструкции: части корпуса являются выводами.
  • Емкости для печатной установки изготавливают с круглыми выводами для расположения на плате.
По материалу диэлектрика:

Сопротивление изоляции между пластинами зависит от параметров изоляционного материала. Также от этого зависят допустимые потери и другие параметры.

  • Конденсаторы с неорганическим изолятором из стеклокерамики, стеклоэмали, слюды. На диэлектрический материал нанесено металлическое напыление или фольга.
  • Низкочастотные конденсаторы включают в себя изоляционный материал в виде слабополярных органических пленок, у которых диэлектрические потери зависят от частоты тока.
  • Высокочастотные содержат пленки из фторопласта и полистирола.
  • Импульсные высокого напряжения имеют изолятор из комбинированных материалов.
  • В конденсаторах постоянного напряжения в качестве диэлектрика используется политетрафторэлитен, бумага, либо комбинированный материал.
  • Низковольтные работают при напряжении до 1,6 кВ.
  • Высоковольтные функционируют при напряжении свыше 1,6 кВ.
  • Дозиметрические конденсаторы служат для работы с малым током, имеют незначительный саморазряд и большое сопротивление изоляции.
  • Помехоподавляющие емкости уменьшают помехи, возникающие от электромагнитного поля, имеют низкую индуктивность.
  • Емкости с органическим изолятором выполнены с применением конденсаторной бумаги и различных пленок.
  • Вакуумные, воздушные, газонаполненные конденсаторы обладают малыми диэлектрическими потерями, поэтому их применяют в аппаратуре с высокой частотой тока и напряжения.
Форме пластин:
  • Сферические.
  • Плоские.
  • Цилиндрические.
Полярности:
  • Электролитические конденсаторы называют оксидными. При их подключении обязательным является соблюдение полярности выводов. Электролитические конденсаторы содержат диэлектрик, состоящий из оксидного слоя, образованный электрохимическим способом на аноде из тантала или алюминия. Катодом является электролит в жидком или гелеобразном виде.
  • Неполярные конденсаторы могут включаться в схему без соблюдения полярности.
Конструктивные особенности
Воздушные виды конденсаторов

В качестве диэлектрика используется воздух. Такие виды конденсаторов хорошо зарекомендовали себя при работе на высокой частоте, в качестве настроечных конденсаторов с изменяемой емкостью. Подвижная пластина конденсатора является ротором, а неподвижную называют статором. При смещении пластин друг относительно друга, изменяется общая площадь пересечения этих пластин и емкость конденсатора. Раньше такие конденсаторы были очень популярны в радиоприемниках для настраивания радиостанций.

Керамические

Такие конденсаторы изготавливают в виде одной или нескольких пластин, выполненных из специальной керамики. Металлические обкладки изготавливают путем напыления слоя металла на керамическую пластину, затем соединяют с выводами. Материал керамики может применяться с различными свойствами.

Их разнообразие обуславливается широким интервалом диэлектрической проницаемости. Она может достигать нескольких десятков тысяч фарад на метр, и имеется только у такого вида емкостей. Такая особенность керамических емкостей позволяет создавать большие значения емкостей, которые сопоставимы с электролитическими конденсаторами, но для них не важна полярность подключения.

Керамика имеет нелинейную сложную зависимость свойств от напряжения, частоты и температуры. Из-за небольшого размера корпуса эти виды конденсаторов применяются в компактных устройствах.

Пленочные

В таких конденсаторах в качестве диэлектрика выступает пластиковая пленка: поликарбонат, полипропилен или полиэстер.

Обкладки конденсатора напыляют или выполняют в виде фольги. Новым материалом служит полифениленсульфид.

Параметры пленочных конденсаторов:
  • Применяются для резонансных цепей.
  • Наименьший ток утечки.
  • Малая емкость.
  • Высокая прочность.
  • Выдерживают большой ток.
  • Устойчивы к электрическому пробою (выдерживают большое напряжение).
  • Наибольшая эксплуатационная температура до 125 градусов.
Полимерные

Имеют отличие от электролитических емкостей наличием полимерного материала, вместо оксидной пленки между обкладками. Они не подвергаются утечке заряда и раздуванию.

Параметры полимера обеспечивают значительный импульсный ток, постоянный температурный коэффициент, малое сопротивление. Полимерные модели способны заменить электролитические модели в фильтрах импульсных источников и других устройствах.

Электролитические

От бумажных электролитические конденсаторы отличаются материалом диэлектрика, которым является оксид металла, созданный электрохимическим методом на плюсовой обкладке.

Вторая пластина выполнена из сухого или жидкого электролита. Электроды обычно выполнены из тантала или алюминия. Все электролитические емкости считаются поляризованными, и способны нормально работать только на постоянном напряжении при определенной полярности.

Если не соблюдать полярность, то может произойти необратимый химический процесс внутри емкости, которая приведет к выходу его из строя, или даже взрыву, так как будет выделяться газ.

К электролитическим можно отнести суперконденсаторы, которые называют ионисторами. Они обладают очень большой емкостью, достигающей тысячи Фарад.

Танталовые электролитические

Устройство танталовых электролитов имеет особенность в электроде из тантала. Диэлектрик состоит из пентаоксида тантала.

Параметры:
  • Незначительный ток утечки, в отличие от алюминиевых видов.
  • Малые размеры.
  • Невосприимчивость к внешним воздействиям.
  • Малое активное сопротивление.
  • Высокая чувствительность при ошибочном подключении полюсов.
Алюминиевые электролитические

Положительным выводом является электрод из алюминия. В качестве диэлектрика использован триоксид алюминия. Они применяются в импульсных блоках и являются выходным фильтром.

Параметры:
  • Большая емкость.
  • Корректная работа только на низких частотах.
  • Повышенное соотношение емкости и размера: конденсаторы других видов при одной емкости имели бы большие размеры.
  • Большая утечка тока.
  • Низкая индуктивность.
Бумажные

Диэлектриком между фольгированными пластинами служит особая конденсаторная бумага. В электронных устройствах бумажные виды конденсаторов обычно работают в цепях высокой и низкой частоты.

Металлобумажные конденсаторы обладают герметичностью, высокой удельной емкостью, качественной электрической изоляцией. В их конструкции применяется вакуумное металлическое напыление на бумажный диэлектрик, вместо фольги.

Бумажные конденсаторы не обладают высокой механической прочностью. В связи с этим его внутренности располагают в металлическом корпусе, который защищает его устройство.

Виды конденсаторов и их применение

Конденсатор — это электрический (электронный) компонент, состоящий из двух проводников (обкладок), разделенных между собой слоем диэлектрика. Существует много видов конденсаторов. В основном они делятся по материалу из которого изготовлены обкладки и по типу используемого диэлектрика между ними.

Виды конденсаторов

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.

Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.

Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.

Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.

Но, на самом деле, к электролитическим также относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.

В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.

К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al2O3),

  • работают корректно только на малых частотах;
  • имеют большую емкость.

Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.

Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.

Танталовые электролитические конденсаторы

Это вид электролитического конденсатора, в котором металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta2O5).

  • высокая устойчивость к внешнему воздействию;
  • компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
  • меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.
Читайте также:  Колодка клеммная: фиксация проводов в электрических схемах

Полимерные конденсаторы

В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда.

Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.

Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.

Пленочные конденсаторы

В данном виде конденсатора диэлектриком является пленка из пластика, например, полиэстер (KT, MKT, MFT), полипропилен (KP, MKP, MFP) или поликарбонат (KC, MKC).

Электроды могут быть напыленными на эту пленку (MKT, MKP, MKC) или изготовлены в виде отдельной металлической фольги, сматывающейся в рулон или спрессованной вместе с пленкой диэлектрика (KT, KP, KC). Современным материалом для пленки конденсаторов является полифениленсульфид (PPS).

Общие свойства пленочных конденсаторов (для всех видов диэлектриков):

  • работают исправно при большом токе;
  • имеют высокую прочность на растяжение;
  • имеют относительно небольшую емкость;
  • минимальный ток утечки;
  • используется в резонансных цепях и в RC-снабберах.

Отдельные виды пленки отличаются:

  • температурными свойствами (в том числе со знаком температурного коэффициента емкости, который является отрицательным для полипропилена и полистирола, и положительным для полиэстера и поликарбоната)
  • максимальной рабочей температурой (от 125 °C, для полиэстера и поликарбоната, до 100 °C для полипропилена и 70 °С для полистирола)
  • устойчивостью к электрическому пробою, и следовательно максимальным напряжением, которое можно приложить к определенной толщине пленки без пробоя.

Конденсаторы керамические

Этот вид конденсаторов изготавливают в виде одной пластины или пачки пластин из специального керамического материала. Металлические электроды напыляют на пластины и соединяют с выводами конденсатора. Используемые керамические материалы могут иметь очень разные свойства.

Разнообразие включает в себя, прежде всего, широкий диапазон значений относительной электрической проницаемости (до десятков тысяч) и такая величина имеется только у керамических материалов.

Столь высокое значение проницаемости позволяет производить керамические конденсаторы (многослойные) небольших размеров, емкость которых может конкурировать с емкостью электролитических конденсаторов, и при этом работающих с любой поляризацией и характеризующихся меньшими утечками.

Керамические материалы характеризуются сложной и нелинейной зависимостью параметров от температуры, частоты, напряжения. В виду малого размера корпуса — данный вид конденсаторов имеет особую маркировку.

Конденсаторы с воздушным диэлектриком

Здесь диэлектриком является воздух. Такие конденсаторы отлично работают на высоких частотах, и часто выполняются как конденсаторы переменной емкости (для настройки).

Электрические конденсаторы. Определение, классификация, применение.

Конденсатор – это устройство, которое может накапливать электрический заряд при подключении к постоянному источнику электроэнергии. Иллюстрацией простейшего конденсатора могут послужить две металлические пластинки, разделенные диэлектриком.

Такое свойство этих простых электрических устройств используют в фотовспышках, некоторых видах генераторов, электромагнитных ускорителях, компьютерной памяти. Они бывают разных видов и типов.

Классификация конденсаторов

Эти электрические устройства отличаются типом диэлектрика и способностью к изменению своей емкости. В конденсаторах используют следующие типы диэлектриков:

• твердые минералы (керамика, слюда, стекло);

• твердые материалы органического происхождения (пленка, бумага);

• аноды из танталовой, ниобиевой, алюминиевой фольги.

Емкость конденсаторов может быть как стабильной, так и переменной. Также существует промежуточное звено – подстроечные конденсаторы. Их емкость регулируется только один раз, перед началом эксплуатации оборудования.

Основные характеристики

Несмотря на свое разнообразие, все конденсаторы обладают схожим набором характеристик. Основной параметр – это емкость. Емкость характеризует размер электрического заряда, который способен эффективно накопить конденсатор. Несколько конденсаторов можно объединять с помощью параллельного соединения. Такая система будет повышенной итоговой емкостью. Она будет равна общей сумме емкостей всех отдельных составных частей системы.

Важно выбрать правильно емкость конденсатора:

На практике чаще используют термин удельной емкости. Эта характеристика показывает возможность накопления электрического заряда на единицу веса устройства.

Еще один важный параметр – энергетическая плотность. Чем больше конденсатор, тем она выше. Этот параметр играет важную роль в системах, где требуется мгновенное высвобождение энергии (пушка Гаусса, фотовспышка).

Номинальное напряжение конденсатора, говорит об комфортных условиях работы этого электрического устройства. Только при номинальном уровне напряжения можно гарантировать работу конденсатора на протяжении всего срока службы. Значение этой характеристики также зависит и от температуры окружающего пространства. Чем она больше, тем ниже допустимое напряжение.

Если конденсатор эксплуатировать в условиях повышенного напряжения, то возможно его разрушение.

Преимущества и недостатки разных видов конденсаторов

Использование органического диэлектрика позволяет создавать недорогую и эффективную продукцию. Такие конденсаторы обладают следующими преимуществами:

• стабильные и высокие электрические характеристики при соблюдении небольших габаритов;

• небольшие потери энергии;

• выдерживают высокие токи;

• не содержат редких или драгоценных металлов – снижается стоимость;

• большое разнообразие форм и размеров.

Бумажные и пленочные конденсаторы, пожалуй, самые распространенные устройства из этой группы.

Конденсаторы, в которых используется твердый неорганический диэлектрик обычно дороже своих органических «собратьев». Это с лихвой компенсируется их лучшей температурной, радиационной, химической стойкостью. В целом такие устройства намного надежнее.

Независимо от типа конденсатора, схемы подключения у них одинаковые:

Сфера применения

Сложно назвать хотя бы одну область электротехники, где не используются конденсаторы. Так, практически ни одно современное бытовое устройство не обходится без танталовых конденсаторов. Они применяются в:

• автомобилях (ABS, управление фарами, контроль уровня масла, дистанционное открытие/закрытие дверей, навигационная система);

• компьютерах, ноутбуках, телефонах;

• «умной» бытовой технике (стиральные машины, кофеварки, кондиционеры, посудомойки).

Ионистры (конденсаторы с двойным электрическим слоем) нужны в:

• автомобилях (стартер, система запирания дверей);

• системах аварийного освещения;

• элементах, которые используют солнечную энергию.

Без конденсаторов не обходятся ускорители заряженных частиц, лазеры, электромагнитные усилители. Эти же устройства могут ограничивать силу тока в цепи или осуществлять пуск асинхронного электродвигателя. Конденсаторы – один из «китов» современной электротехники.

2.2. Классификации конденсаторов

Конденсаторы могут быть классифицированы по разным признакам (рис. 2.1). Классификация конденсаторов по видам поляризации. Свойства конденсаторов, главным образом, определяются свойствами материала – диэлектрика, из которого конденсатор выполнен; при этом особо важное значение имеет вид поляризации, характеризующий диэлектрик. Именно вид поляризации (или виды, если диэлектрик комбинированный) будет определять основную характеристику конденсатора – емкость, а также зависимости этой емкости от частоты электрического поля и температуры. В зависимости от вида поляризации различаются конденсаторы:

1) с электронной поляризацией;

2) с ионной поляризацией;

3) с электронно-релаксационной поляризацией; с ионно-релаксационной поляризацией;

4) с дипольно-релаксационной поляризацией;

5) с объемной (структурной) поляризацией;

6) со спонтанной поляризацией.

Классификация конденсаторов по конструкции. По конструкции конденсаторы бывают постоянной и переменной емкости, подстроечные конденсаторы. По закону изменения емкости конденсаторы переменной емкости подразделяют на прямоемкостные, прямоволновые, прямочастотные и логарифмические.

Классификация конденсаторов по области применения. В зависимости от области применения конденсаторы делятся на две большие группы: радиоконденсаторы, используемые в технике слабых токов, и силовые конденсаторы, применяемые в технике сильных токов и напряжений.

Радиоконденсаторы используют: в телефонии и телеграфии; радиотехнической, телевизионной и радиолокационной аппаратуре; в автоматике и телемеханике, в счетно-решающих устройствах и электроизмерительной технике; фотографии и др.

Силовые конденсаторы применяют: для повышения коэффициента мощности промышленных и индукционных электротермических установок; продольной компенсации реактивного сопротивления дальних линий электропередачи; высокочастотной связи и защиты линий электропередачи высокого напряжения; отбора мощности от линий передачи высокого напряжения; фильтров тяговых подстанций; генераторов импульсных токов и напряжений; пуска конденсаторных электродвигателей; тиристорного управления электроприводом и др.

Очень удачные схемы классификации конденсаторов приведены в справочнике /15/.

Таблица 2.1
Блок-схема теоретического материала к разделу «Конденсаторы»

Несомненным достоинством приведенной классификации является то, что она включает классификацию по назначению, по способу монтажа, по способу защиты, по характеру изменения емкости и по виду диэлектрика.

Классификация конденсаторов по виду диэлектрика. В основу классификации по виду диэлектрика – рис. 2.2 положено деление конденсаторов на подгруппы, связанные с использованием их в конкретных цепях аппаратуры, назначением и выполняемой функцией, например, низковольтные и высоковольтные, низкочастотные и высокочастотные, импульсные и пусковые, полярные и неполярные, помехоподавляющие и дозиметрические и др.

Классификация конденсаторов по назначению. В зависимости от назначения конденсаторы делятся на контурные, фильтровые, импульсные и др.

Классификация конденсаторов по рабочему напряжению. По рабочему напряжению конденсаторы делятся на низковольтные и высоковольтные.

Классификация конденсаторов по агрегатному состоянию. По агрегатному состоянию диэлектрика конденсаторы делятся на три группы. Первая – конденсаторы с . газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные, вакуумные); вторая – конденсаторы с жидким диэлектриком; и третья – конденсаторы с твердым диэлектриком, которые, в свою очередь, также делятся:

а) на конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком (керамические, слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклопленочные, сегнетокерамические);

б) на конденсаторы с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные, пленочные из неполярных пленок (полистирольные, фторопласт
овые, полиэтиленовые, синтаровые), пленочные из полярных пленок (лавсановые, поликарбонатные).

Отдельную группу составляют электролитические (оксидные) конденсаторы.

ВЫВОД. Конденсаторы классифицируются по видам поляризации (основная классификация), по конструкции, по области применения, по назначению, по рабочему напряжению, по агрегатному состоянию диэлектрика.

Добавить комментарий