Виды конденсаторов и из чего они состоят. Конденсатор в фильтрах питания. Какие бывают конденсаторы
Э лектрические конденсаторы служат для накопления электроэнергии. Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин - обкладок и диэлектрика находящегося между ними. Если к конденсатору подключить источник питания, то на обкладках возникнут разноименные заряды и появится электрическое поле притягивающее их на встречу, друг к другу. Эти заряды остаются после отключения источника питания, энергия сохраняется в электрическом поле между обкладками.
| Параметр конденсатора | Тип конденсатора | ||
| Керамический | Электролитический | На основе металлизированной пленки | |
| От 2,2 пФ до 10 нФ | От 100 нФ до 68000 мкФ | 1 мкФ до 16 мкФ | |
| ± 10 и ±20 | ±10 и ±50 | ±20 | |
| 50 - 250 | 6,3 - 400 | 250 - 600 | |
| Стабильность конденсатора | Достаточная | Плохая | Достаточная |
| От -85 до +85 | От -40 до +85 | От -25 до +85 | |
В керамических конденсаторах диэлектриком является высококачественная керамика: ультрафарфор,тиконд,ультрастеатит и др. Обкладкой служит слой серебра, нанесенный на поверхность. Керамические конденсаторы применяются в разделительных цепях усилителей высокой частоты.
В электролитических полярных конденсаторах диэлектриком служит слой оксида, нанесенный на металлическую фольгу. Другая обкладка образуется из пропитанной электролитом бумажной ленты.
В твердотельных оксидных конденсаторах жидкий диэлектрик заменен специальным токопроводящим полимером. Это позволяет увеличить срок службы(и надежность). Недостатками твердотельных оксидных конденсаторов являются более высокая цена и ограничения по напряжению(до 35 в).
Оксидные электролитические и твердотельные конденсаторы отличаются большой емкостью, при относительно малых размерах. Эта их особенность определяется тем, что толщина оксида - диэлектрика очень мала.
При включении оксидных конденсаторов в цепь, необходимо соблюдать полярность. В случае нарушения полярности, электролитические конденсаторы взрываются, твердотельные - просто выходят из строя. Что бы полностью избежать возможности взрыва(у электролитических конденсаторов), некоторые модели снабжаются предохранительными клапанами(отсутствуют у твердотельных). Область применения оксидных (электролитических и твердотельных) конденсаторов - разделительные цепи усилителей звуковой частоты, сглаживающие фильтры источников питания постоянного тока.
Конденсаторы на основе металлизированной пленки применяются в высоковольтных источниках электропитания.
Таблица 2.
Характеристики слюдяных конденсаторов и конденсаторов на основе
полиэстера и полипропилена.
| Параметр конденсатора | Тип конденсатора | ||
| Слюдяной | На основе полиэстера | На основе полипропилена | |
| Диапазон изменения емкости конденсаторов | От 2,2 пФ до 10 нФ | От 10 нФ до 2,2 мкФ | От 1 нФ до 470 нФ |
| Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % | ± 1 | ± 20 | ± 20 |
| Рабочее напряжение конденсаторов, В | 350 | 250 | 1000 |
| Стабильность конденсатора | Отличная | Хорошая | Хорошая |
| Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С | От -40 до +85 | От -40 до +100 | От -55 до +100 |
Слюдяные конденсаторы изготавливаются путем прокладывания между обкладками из фольги слюдяных пластин, или наоборот - металлизацией слюдяных пластин. Слюдяные конденсаторы находят применение в звуковоспроизводящих устройствах, фильтрах высокочастотных помех и генераторах. Конденсаторы на основе полиэстера - это конденсаторы общего назначения, а конденсаторы на основе полипропилена применяются в высоковольтных цепях постоянного тока.
Таблица 3.
Характеристики слюдяных конденсаторов на основе поликарбоната, полистирена
и тантала.
|
Параметр конденсатора |
Тип конденсатора |
||
|
На основе поликарбоната |
На основе полистирена |
На основе тантала |
|
| Диапазон изменения емкости конденсаторов | От 10 нФ до 10 мкФ | От 10 пФ до 10 нФ | От 100 нФ до 100 мкФ |
| Точность (возможный разброс значений емкости конденсатора), % | ± 20 | ± 2,5 | ± 20 |
| Рабочее напряжение конденсаторов, В | 63 - 630 | 160 | 6,3 - 35 |
| Стабильность конденсатора | Отличная | Хорошая | Достаточная |
| Диапазон изменения температуры окружающей среды, о С | От -55 до +100 | От -40 до +70 | От -55 до +85 |
Конденсаторы на основе поликарбоната используются
в фильтрах, генераторах и времязадающих цепях.
Конденсаторы на основе полистирена и тантала используются тоже, во времязадающих
и разделительных цепях. Они считаются конденсаторами общего назначения.
В металлобумажных конденсаторах общего назначения, обкладки изготавливаются
путем напыления металла на бумагу пропитанную специальным составом и покрытые тонким
слоем лака.
| Код | Емкость(пФ) | Емкость(нФ) | Емкость(мкФ) |
| 109 | 1,0(пФ) | 0,001(нФ) | 0,000001(мкФ) |
| 159 | 1,5(пФ) | 0,0015(нФ) | 0,0000015(мкФ) |
| 229 | 2,2(пФ) | 0,0022(нФ) | 0,0000022(мкФ) |
| 339 | 3,3(пФ) | 0,0033(нФ) | 0,0000033(мкФ) |
| 479 | 4,7(пФ) | 0,0047(нФ) | 0,0000047(мкФ) |
| 689 | 6,8(пФ) | 0,0068(нФ) | 0,0000068(мкФ) |
| 100 | 10(пФ) | 0,01(нФ) | 0,00001(мкФ) |
| 150 | 15(пФ) | 0,015(нФ) | 0,000015(мкФ) |
| 220 | 22(пФ) | 0,022(нФ) | 0,000022(мкФ) |
| 330 | 33(пФ) | 0,033(нФ) | 0,000033(мкФ) |
| 470 | 47(пФ) | 0,047(нФ) | 0,000047(мкФ) |
| 680 | 68(пФ) | 0,068(нФ) | 0,000068(мкФ) |
| 101 | 100(пФ) | 0,1(нФ) | 0,0001(мкФ) |
| 151 | 150(пФ) | 0,15(нФ) | 0,00015(мкФ) |
| 221 | 220(пФ) | 0,22(нФ) | 0,00022(мкФ) |
| 331 | 330(пФ) | 0,33(нФ) | 0,00033(мкФ) |
| 471 | 470(пФ) | 0,47(нФ) | 0,00047(мкФ) |
| 681 | 680(пФ) | 0,68(нФ) | 0,00068(мкФ) |
| 102 | 1000(пФ) | 1(нФ) | 0,001(мкФ) |
| 152 | 1500(пФ) | 1,5(нФ) | 0,0015(мкФ) |
| 222 | 2200(пФ) | 2,2(нФ) | 0,0022(мкФ) |
| 332 | 3300(пФ) | 3,3(нФ) | 0,0033(мкФ) |
| 472 | 4700(пФ) | 4,7(нФ) | 0,0047(мкФ) |
| 682 | 6800(пФ) | 6,8(нФ) | 0,0068(мкФ) |
| 103 | 10000(пФ) | 10(нФ) | 0,01(мкФ) |
| 153 | 15000(пФ) | 15(нФ) | 0,015(мкФ) |
| 223 | 22000(пФ) | 22(нФ) | 0,022(мкФ) |
| 333 | 33000(пФ) | 33(нФ) | 0,033(мкФ) |
| 473 | 47000(пФ) | 47(нФ) | 0,047(мкФ) |
| 683 | 68000(пФ) | 68(нФ) | 0,068(мкФ) |
| 104 | 100000(пФ) | 100(нФ) | 0,1(мкФ) |
| 154 | 150000(пФ) | 150(нФ) | 0,15(мкФ) |
| 224 | 220000(пФ) | 220(нФ) | 0,22(мкФ) |
| 334 | 330000(пФ) | 330(нФ) | 0,33(мкФ) |
| 474 | 470000(пФ) | 470(нФ) | 0,47(мкФ) |
| 684 | 680000(пФ) | 680(нФ) | 0,68(мкФ) |
| 105 | 1000000(пФ) | 1000(нФ) | 1,0(мкФ) |
2. Второй вариант - маркировка производится не в пико, а в микрофарадах, причем вместо десятичной точки ставиться буква µ.
3.Третий вариант.
У советских конденсаторов вместо латинской "р" ставилось "п".
Допустимое отклонение номинальной емкости маркируется буквенно, часто буква следует за кодом определяющим
емкость(той же строкой).
Конденсаторы с линейной зависимостью от температуры.
| ТКЕ(ppm/²C) | Буквенный код |
| 100(+130....-49) | A |
| 33 | N |
| 0(+30....-47) | C |
| -33(+30....-80) | H |
| -75(+30....-80) | L |
| -150(+30....-105) | P |
| -220(+30....-120) | R |
| -330(+60....-180) | S |
| -470(+60....-210) | T |
| -750(+120....-330) | U |
| -500(-250....-670) | V |
| -2200 | K |
Далее следует напряжение в вольтах, чаще всего - в виде обычного числа.
Например, конденсатор на этой картинке промаркирован двумя строчками. Первая(104J) - означает, что его емкость составляет 0,1мкФ(104), допустимое
отклонение емкости не превышает ± 5%(J). Вторая(100V) - напряжение в вольтах.
| Напряжение (В) | Буквеный код |
| 1 | I |
| 1,6 | R |
| 3,2 | A |
| 4 | C |
| 6,3 | B |
| 10 | D |
| 16 | E |
| 20 | F |
| 25 | G |
| 32 | H |
| 40 | C |
| 50 | J |
| 63 | K |
| 80 | L |
| 100 | N |
| 125 | P |
| 160 | Q |
| 200 | Z |
| 250 | W |
| 315 | X |
| 400 | Y |
| 450 | U |
| 500 | V |
Маркировка СМД (SMD) конденсаторов.
Размеры СМД конденсаторов невелики, поэтому маркировка их производится весьма лаконично.
Рабочее напряжение нередко кодируется буквой(2-й и 3-й варианты на рисунке ниже) в соответствии с (вариант 2 на рисунке), либо с использованием двухзначного
буквенно-цифровой кода(вариант 1 на рисунке). При использовании последнего, на корпусе можно обнаружить таки две(а не одну букву) с одной цифрой(вариант 3 на рисунке).
Первая буква может является как кодом изготовителя(что не всегда интересно), так и указываеть на номинальное рабочее напряжение(более полезная информация), вторая - закодированным значением
в пикоФарадах(мантиссой). Цифра - показатель степени(указывает сколько нулей необходимо добавить к мантиссе).
Например EA3 может означать, что номинальное напряжение конденсатора 16в(E) а емкость - 1,0 *1000 = 1 нанофарада,
BF5 соответсвенно, напряжение 6,3в(В), емкость - 1,6* 100000 = 0,1 микрофарад и.т.д.
| Буква | Мантисса. |
| A | 1,0 |
| B | 1,1 |
| C | 1,2 |
| D | 1,3 |
| E | 1,5 |
| F | 1,6 |
| G | 1,8 |
| H | 2,0 |
| J | 2,2 |
| K | 2,4 |
| L | 2,7 |
| M | 3,0 |
| N | 3,3 |
| P | 3,6 |
| Q | 3,9 |
| R | 4,3 |
| S | 4,7 |
| T | 5,1 |
| U | 5,6 |
| V | 6,2 |
| W | 6,8 |
| X | 7,5 |
| Y | 8,2 |
| Z | 9,1 |
| a | 2,5 |
| b | 3,5 |
| d | 4,0 |
| e | 4,5 |
| f | 5,0 |
| m | 6,0 |
| n | 7,0 |
| t | 8,0 |
Использование каких - либо материалов этой страницы, допускается при наличии ссылки на сайт
При сборке самодельных электронных схем поневоле сталкиваешься с подбором необходимых конденсаторов.
Притом, для сборки устройства можно использовать конденсаторы уже бывшие в употреблении и поработавшие какое-то время в радиоэлектронной аппаратуре.
Естественно, перед вторичным использованием необходимо проверить конденсаторы , особенно электролитические , которые сильнее подвержены старению.
При подборе конденсаторов постоянной ёмкости необходимо разбираться в маркировке этих радиоэлементов, иначе при ошибке собранное устройство либо откажется работать правильно, либо вообще не заработает. Встаёт вопрос, как прочитать маркировку конденсатора?
У конденсатора существует несколько важных параметров, которые стоит учитывать при их использовании.
Первое, это номинальная ёмкость конденсатора . Измеряется в долях Фарады.
Второе – допуск. Или по-другому допустимое отклонение номинальной ёмкости от указанной. Этот параметр редко учитывается, так как в бытовой радиоаппаратуре используются радиоэлементы с допуском до ±20%, а иногда и более. Всё зависит от назначения устройства и особенностей конкретного прибора. На принципиальных схемах этот параметр, как правило, не указывается.
Третье, что указывается в маркировке, это допустимое рабочее напряжение . Это очень важный параметр, на него следует обращать внимание, если конденсатор будет эксплуатироваться в высоковольтных цепях.
Итак, разберёмся в том, как маркируют конденсаторы.
Одни из самых ходовых конденсаторов, которые можно использовать – это конденсаторы постоянной ёмкости K73 – 17, К73 – 44, К78 – 2, керамические КМ-5, КМ-6 и им подобные. Также в радиоэлектронной аппаратуре импортного производства используются аналоги этих конденсаторов. Их маркировка отличается от отечественной.
Конденсаторы отечественного производства К73-17 представляют собой плёночные полиэтилентерефталатные защищённые конденсаторы. На корпусе данных конденсаторов маркировка наноситься буквенно-числовым индексом, например 100nJ, 330nK, 220nM, 39nJ, 2n2M.
Конденсаторы серии К73 и их маркировка
Правила маркировки.
Ёмкости от 100 пФ и до 0,1 мкФ маркируют в нанофарадах, указывая букву H или n .
Обозначение 100n
– это значение номинальной ёмкости. Для 100n – 100 нанофарад (нФ) - 0,1 микрофарад (мкФ). Таким образом, конденсатор с индексом 100n имеет ёмкость 0,1мкФ. Для других обозначений аналогично. К примеру:
330n – 0,33 мкФ, 10n – 0,01 мкФ. Для 2n2 – 0,0022 мкФ или 2200 пикофарад (2200 пФ).
Можно встретить маркировку вида 47H C. Данная запись соответствует 47n K и составляет 47 нанофарад или 0,047 мкФ. Аналогично 22НС – 0,022 мкФ.
Для того чтобы легко определить ёмкость, необходимо знать обозначения основных дольных единиц – милли, микро, нано, пико и их числовые значения. Подробнее об этом читайте .
Также в маркировке конденсаторов К73 встречаются такие обозначения, как M47C, M10C.
Здесь, буква М
условно означает микрофарад. Значение 47 стоит после М, т.е номинальная ёмкость является дольной частью микрофарады, т.е 0,47 мкФ. Для M10C - 0,1 мкФ. Получается, что конденсаторы с маркировкой M10С и 100nJ обладают одинаковой ёмкостью. Различия лишь в записи.
Таким образом, ёмкость от 0,1 мкФ и выше указывается с буквой M , m вместо десятичной запятой, незначащий ноль опускается.
Номинальную ёмкость отечественных конденсаторов до 100 пФ обозначают в пикофарадах, ставя букву П или p после числа. Если ёмкость менее 10 пФ, то ставиться буква R и две цифры. Например, 1R5 = 1,5 пФ.
На керамических конденсаторах (типа КМ5, КМ6), которые имеют малые размеры, обычно указывается только числовой код. Вот, взгляните на фото.
Керамические конденсаторы с нанесённой маркировкой ёмкости числовым кодом
Например, числовая маркировка 224 соответствует значению 220000 пикофарад, или 220 нанофарад и 0,22 мкФ. В данном случае 22 это числовое значение величины номинала. Цифра 4 указывает на количество нулей. Получившееся число является значением ёмкости в пикофарадах . Запись 221 означает 220 пФ, а запись 220 – 22 пФ. Если же в маркировке используется код из четырёх цифр, то первые три цифры – числовое значение величины номинала, а последняя, четвёртая – количество нулей. Так при 4722, ёмкость равна 47200 пФ – 47,2 нФ. Думаю, с этим разобрались.
Допускаемое отклонение ёмкости маркируется либо числом в процентах (±5%, 10%, 20%), либо латинской буквой. Иногда можно встретить старое обозначение допуска, закодированного русской буквой. Допустимое отклонение ёмкости аналогично допуску по величине сопротивления у резисторов .
Буквенный код отклонения ёмкости (допуск).
Так, если конденсатор со следующей маркировкой – M47C, то его ёмкость равна 0,047 мкФ, а допуск составляет ±10% (по старой маркировке русской буквой). Встретить конденсатор с допуском ±0,25% (по маркировке латинской буквой) в бытовой аппаратуре довольно сложно, поэтому и выбрано значение с большей погрешностью. В основном в бытовой аппаратуре широко применяются конденсаторы с допуском H , M , J , K . Буква, обозначающая допуск указывается после значения номинальной ёмкости, вот так 22nK , 220nM , 470nJ .
Таблица для расшифровки условного буквенного кода допустимого отклонения ёмкости.
| Д опуск в % | Б уквенное обозначение | |
| лат. | рус. | |
| ± 0,05p | A | |
| ± 0,1p | B | Ж |
| ± 0,25p | C | У |
| ± 0,5p | D | Д |
| ± 1,0 | F | Р |
| ± 2,0 | G | Л |
| ± 2,5 | H | |
| ± 5,0 | J | И |
| ± 10 | K | С |
| ± 15 | L | |
| ± 20 | M | В |
| ± 30 | N | Ф |
| -0...+100 | P | |
| -10...+30 | Q | |
| ± 22 | S | |
| -0...+50 | T | |
| -0...+75 | U | Э |
| -10...+100 | W | Ю |
| -20...+5 | Y | Б |
| -20...+80 | Z | А |
Маркировка конденсаторов по рабочему напряжению.
Немаловажным параметром конденсатора также является допустимое рабочее напряжение. Его стоит учитывать при сборке самодельной электроники и ремонте бытовой радиоаппаратуры. Так, например, при ремонте компактных люминесцентных ламп необходимо подбирать конденсатор на соответствующее напряжение при замене вышедших из строя. Не лишним будет брать конденсатор с запасом по рабочему напряжению.
Обычно, значение допустимого рабочего напряжения указывается после номинальной ёмкости и допуска. Обозначается в вольтах с буквы В (старая маркировка), и V (новая). Например, так: 250В, 400В, 1600V, 200V. В некоторых случаях, буква V опускается.
Иногда применяется кодирование латинской буквой. Для расшифровки следует пользоваться таблицей буквенного кодирования рабочего напряжения.
| Н оминальное рабочее напряжение , B | Б уквенный код |
| 1,0 | I |
| 1,6 | R |
| 2,5 | M |
| 3,2 | A |
| 4,0 | C |
| 6,3 | B |
| 10 | D |
| 16 | E |
| 20 | F |
| 25 | G |
| 32 | H |
| 40 | S |
| 50 | J |
| 63 | K |
| 80 | L |
| 100 | N |
| 125 | P |
| 160 | Q |
| 200 | Z |
| 250 | W |
| 315 | X |
| 350 | T |
| 400 | Y |
| 450 | U |
| 500 | V |
Таким образом, мы узнали, как определить ёмкость конденсатора по маркировке, а также по ходу дела познакомились с его основными параметрами.
Маркировка импортных конденсаторов отличается, но во многом соответствует изложенной.
В электротехнике и электронике кроме есть ряд других пассивных компонентов. Один из них – конденсатор. Его используют в фильтрах, как накопитель энергии в источниках питания, как компенсатор реактивной мощности, а также в других сферах. В этой статье мы рассмотрим, как работает конденсатор и что это такое вообще.
Определение
Слово конденсатор происходит от латинского «condensatio», что переводится как «накопление». В физике этот термин употребляется для описания целой ниши электротехнических изделий, назначение которых работать как накопитель энергии. Количество накопленной энергии зависит от ёмкости и квадрата напряжения на его обкладках, поделенное на 2. При этом ток через него протекает только в процессе заряда. Но обо всем по порядку.
E=(CU 2)/2
Если сказать по-простому, то конденсатор – это устройство способное накапливать энергию в . В простейшем варианте состоит из двух проводников (обкладок), разделённых диэлектриком. На рисунке ниже вы видите упрощенную схему внешнего устройства плоского конденсатора. Условное обозначение на схеме представляет собой 2 черты высотой в 8 мм, на расстоянии в 1,5 мм друг от друга.
Принцип работы
Теперь, когда мы знаем, как обозначается данный элемент на схемах, нужно рассмотреть принцип работы конденсатора. Когда обкладки конденсатора подключают к источнику питания, электрические заряды от положительного и отрицательного зажима ИП устремляются к обкладкам, скапливаясь на них.
Электрический ток прерывается после заряда конденсатора до номинальной ёмкости, так как между обкладками находится слой диэлектрика он не может протекать постоянно. Когда источник питания отключат, на конденсаторе останутся заряды, а значит и останется напряжение на его выводах.
Заряды, скопившиеся на каждой из обкладок, противоположны. Соответственно та обкладка, что была подключена к плюсовому выводу источника питания – заряжена положительно, а та, что к минусовому – отрицательно. Принцип работы этого изделия основан на притяжении разноименных зарядов в электрической цепи.
Простыми словами конденсатор сохранит ту энергию, которая была передана от источника питания – в этом и кроется его назначение. Однако на практике есть разнообразные потери и утечки.
Интересно! Лейденская банка – это прообраз современных конденсаторов, родившийся на свет в 1745 году. Это устройство было способно накапливать энергию и извлекать искры при замыкании его обкладок. Внешний вид и конструкцию вы видите ниже.
А на рисунке ниже вы видите конструкцию простейшего плоского конденсатора – две обкладки, разделенные диэлектриком:
Так как ёмкость прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между ними – то чтобы увеличить ёмкость, инженеры разработали ряд других форм конденсаторов. Например, свёрнутые в спираль обкладки – так их площадь становилась во много раз больше при тех же габаритных размерах, а также цилиндрические и сферические решения.
Один из законов коммутации гласит, что напряжение на обкладках конденсатора не может изменится скачком, что и иллюстрирует следующая миниатюра.
Виды
Классификация конденсаторов может происходить по различным критериям.
По постоянству ёмкости:
- Постоянные.
- Переменные. Их ёмкость может изменяться либо вручную оператором (пользователем) устройства, либо под воздействием напряжения (как в варикапах и варикондах).
По полярности прикладываемого напряжения:
- Неполярные – могут работать в цепях переменного тока.
- Полярные – при подключении напряжения неправильной полярности выходят из строя.
В зависимости от того, где используются эти компоненты, различают разные варианты по материалу:
Основные технические характеристики
Если вы ремонтируете или разрабатываете электронное устройство, вам понадобится подбирать подходящий конденсатор для замены вышедшего из строя. А для этого нужно ознакомиться с основными техническими характеристиками конденсатора, от которых зависит его работа в электрической цепи.
Номинальная емкость. Характеризует основное назначение компонента — какой заряд он может запасать. Основная характеристика измеряется в фарадах [Ф]. Однако такая единица измерения слишком большая, поэтому используют доли:
- Милифарады, мФ – 0, 001 Ф (10 -3);
- Микрофарады, мкФ – 0, 000 001 Ф (10 -6);
- Нанофарады, нФ – 0, 000 000 001 Ф (10 -9);
- Пикофарады, пФ – 0, 000 000 000 001 Ф (10 -12).
Номинальное напряжение - это такое напряжение, до которого конденсатор может гарантировано работать в нормальном режиме. При превышении этого значения с большой долей вероятности происходит пробой диэлектрика. Может быть от единиц вольт (для электролитов) и до тысяч вольт (плёнка и керамика). При ремонте эта величина должна быть не ниже, чем у вышедшего из строя, выше – можно!
Допуск отклонения - насколько реальная ёмкость может отличаться от заявленной номинальной. Может достигать 20-30%, но есть и высокоточные модели с допуском до 1% — для применения в цепях, где требуется особая точность.
Температурный коэффициент емкости - этот параметр важен для электролитов. У алюминиевых конденсаторов при понижении температуры понижается ёмкость и увеличивается удельное электрическое сопротивление (в англ. ESR)
ESR – эквивалентное последовательное сопротивление, также важен для электролитов. Простым языком – чем он больше, тем хуже. У вздувшихся кондёров ESR повышается.
В таблице ниже вы видите допустимые значения ESR для различных номинальных емкостей и напряжений.
Где и для чего применяются
Всё же ответим на вопрос «для чего предназначен конденсатор?» с практической точки зрения. Для этого рассмотрим несколько схем.
Самое широкое применение электролитические конденсаторы нашли в качестве уже не раз упомянутого фильтра сетевых пульсаций в блоках питания. На схеме ниже изображено, где именно устанавливается электролит. Чем больше нагрузка – тем большая ёмкость электролита нужна для сглаживания пульсаций.
Следующее место, где применяются конденсаторы – это фильтры высоких и низких частот. Ниже на схеме приведены типовые включения. Таким образом в акустических системах разводят басы, средние и высокие частоты по динамикам без применения активных компонентов.
Балластные блоки питания часто используются для зарядки небольших аккумуляторов и питания маломощных устройств, таких как дешевые светодиодные лампочки, радиоприёмники и прочие. Плёночный конденсатор устанавливается последовательно с питающим устройством, ограничивая ток за счёт своего реактивного сопротивления – в этом и заключается принцип работы такой простой схемы.
- Перевод
Если вы регулярно занимаетесь созданием электрических схем, вы наверняка использовали конденсаторы. Это стандартный компонент схем, такой же, как сопротивление, который вы просто берёте с полки без раздумий. Мы используем конденсаторы для сглаживания пульсаций напряжения/тока, для согласования нагрузок, в качестве источника энергии для маломощных устройств, и других применений.
Но конденсатор – это не просто пузырёк с двумя проводочками и парой параметров – рабочее напряжение и ёмкость. Существует огромный массив технологий и материалов с разными свойствами, применяемых для создания конденсаторов. И хотя в большинстве случаев для любой задачи сгодится практически любой конденсатор подходящей ёмкости, хорошее понимание работы этих устройств может помочь вам выбрать не просто нечто подходящее, а подходящее наилучшим образом. Если у вас когда-нибудь была проблема с температурной стабильностью или задача поиска источника дополнительных шумов – вы оцените информацию из этой статьи.
Начнём с простого
Лучше начать с простого и описать основные принципы работы конденсаторов, прежде чем переходить к настоящим устройствам. Идеальный конденсатор состоит из двух проводящих пластинок, разделённых диэлектриком. Заряд собирается на пластинах, но не может перетекать между ними – диэлектрик обладает изолирующими свойствами. Так конденсатор накапливает заряд.Ёмкость измеряется в фарадах: конденсатор в один фарад выдаёт напряжение в один вольт, если в нём находится заряд в один кулон. Как и у многих других единиц системы СИ, у неё непрактичный размер, поэтому, если не брать в расчёт суперконденсаторы, о которых мы здесь говорить не будем, вы скорее всего встретитесь с микро-, нано- и пикофарадами. Ёмкость любого конденсатора можно вывести из его размеров и свойств диэлектрика – если интересно, формулу для этого можно посмотреть в Википедии. Запоминать её не нужно, если только вы не готовитесь к экзамену – но в ней содержится один полезный факт. Ёмкость пропорциональна диэлектрической проницаемости ε r использованного диэлектрика, что в результате привело к появлению в продаже различных конденсаторов, использующих разные диэлектрические материалы для достижения больших ёмкостей или улучшения характеристик напряжения.
Алюминиевые электролитические
Алюминиевые электролитические конденсаторы используют анодно-оксидированный слой на алюминиевом листе в качестве одной пластины-диэлектрика, и электролит из электрохимической ячейки в качестве другой пластины. Наличие электрохимической ячейки делает их полярными, то есть напряжение постоянного тока должно прикладываться в одном направлении, и анодированная пластина должна быть анодом, или плюсом.
На практике их пластины выполнены в виде сэндвича из алюминиевой фольги, завёрнутой в цилиндр и расположенной в алюминиевой банке. Рабочее напряжение зависит от глубины анодированного слоя.
У электролитических конденсаторов наибольшая среди распространённых ёмкость, от 0,1 до тысяч мкФ. Из-за плотной упаковки электрохимической ячейки у них наблюдается большая эквивалентная последовательная индуктивность (equivalent series inductance, ESI, или эффективная индуктивность), из-за чего их нельзя использовать на высоких частотах. Обычно они используются для сглаживания питания и развязывания, а также связывания на аудиочастотах.
Танталовые электролитические
Танталовый конденсатор поверхностного размещения
Танталовые электролитические конденсаторы изготавливаются в виде спечённого танталового анода с большой площадью поверхности, на которой выращивается толстый слой оксида, а затем в качестве катода размещается электролит из диоксида марганца. Комбинация большой площади поверхности и диэлектрических свойств оксида тантала приводит к высокой ёмкости в пересчёте на объём. В результате такие конденсаторы выходят гораздо меньше алюминиевых конденсаторов сравнимой ёмкости. Как и у последних, у танталовых конденсаторов есть полярность, поэтому постоянный ток должен идти в строго одном направлении.
Их доступная ёмкостью варьируется от 0,1 до нескольких сотен мкФ. У них гораздо меньше сопротивление утечки и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), в связи с чем они используются в тестировании, измерительных приборах и высококачественных аудиоустройствах – там, где эти свойства полезны.
В случае танталовых конденсаторов необходимо особенно следить за состоянием отказа, бывает, что они загораются. Аморфный оксид тантала – хороший диэлектрик, а в кристаллической форме он становится хорошим проводником. Неправильное использование танталового конденсатора – например, подача слишком большого пускового тока может привести к переходу диэлектрика в другую форму, что увеличит проходящий через него ток. Правда, репутация, связанная с возгораниями, появилась у более ранних поколений танталовых конденсаторов, и улучшенные методы производства привели к созданию более надёжной продукции.
Полимерные плёнки
Целое семейство конденсаторов использует полимерные плёнки в качестве диэлектриков, а плёнка либо находится между витыми или перемежающимися слоями металлической фольги, либо имеет металлизированный слой на поверхности. Их рабочее напряжение может доходить до 1000 В, но высокими ёмкостями они не обладают – это обычно от 100 пФ до единиц мкФ. У каждого вида плёнки есть свои плюсы и минусы, но в целом всё семейство отличается более низкими ёмкостью и индуктивностью, чем у электролитических. Посему они используются в высокочастотных устройствах и для развязывания в электрически шумных системах, а также в системах общего назначения.Полипропиленовые конденсаторы используются в схемах, требующих хорошей тепловой и частотной стабильности. Также они используются в системах питания, для подавления ЭМП, в системах, использующих переменные токи высокого напряжения.
Полиэстеровые конденсаторы, хотя и не обладают такими температурными и частотными характеристиками, получаются дешёвыми и выдерживают большие температуры при пайке для поверхностного монтажа. В связи с этим они используются в схемах, предназначенных для использования в некритичных приложениях.
Полиэтилен-нафталатовые конденсаторы. Не обладают стабильными температурными и частотными характеристиками, но могут выдерживать гораздо большие температуры и напряжения по сравнению с полиэстеровыми.
Полиэтилен-сульфидовые конденсаторы обладают температурными и частотными характеристиками полипропиленовых, и в дополнение выдерживают высокие температуры.
В старом оборудовании можно наткнуться на поликарбонатные и полистиреновые конденсаторы, но сейчас они уже не используются.
Керамика
История керамических конденсаторов довольно длинная – они использовались с первых десятилетий прошлого века и по сей день. Ранние конденсаторы представляли собою один слой керамики, металлизированной с обеих сторон. Более поздние бывают и многослойными, где пластины с металлизацией и керамика перемежаются. В зависимости от диэлектрика их ёмкости варьируются от 1 пФ до десятков мкФ, а напряжения достигают киловольт. Во всех отраслях электроники, где требуется малая ёмкость, можно встретить как однослойные керамические диски, так и многослойные пакетные конденсаторы поверхностного монтажа.
Проще всего классифицировать керамические конденсаторы по диэлектрикам, поскольку именно они придают конденсатором все свойства. Диэлектрики классифицируют по трёхбуквенным кодам, где зашифрована их рабочая температура и стабильность.
C0G лучшая стабильность в ёмкости по отношению к температуре, частоте и напряжению. Используются в высокочастотных схемах и других контурах высокого быстродействия.
X7R не обладают такими хорошими характеристиками по температуре и напряжению, посему используются в менее критичных случаях. Обычно это развязывание и различные универсальные приложения.
Y5V обладают гораздо большей ёмкостью, но характеристики температуры и напряжения у них ещё ниже. Также используются для развязывания и в различных универсальных приложениях.
Поскольку керамика часто обладает и пьезоэлектрическими свойствами, некоторые керамические конденсаторы демонстрируют и микрофонный эффект. Если вы работали с высокими напряжениями и частотами в аудиодиапазоне, например, в случае ламповых усилителей или электростатики, вы могли услышать, как «поют» конденсаторы. Если вы использовали пьезоэлектрический конденсатор для обеспечения частотной стабилизации, вы могли обнаружить, что его звук модулируется вибрацией его окружения.
Как мы уже упоминали, статья не ставит целью охватить все технологии конденсаторов. Взглянув в каталог электроники вы обнаружите, что некоторые технологии, имеющиеся в наличии, здесь не освещены. Некоторые предложения из каталогов уже устарели, или же имеют такую узкую нишу, что с ними чаще всего и не встретишься. Мы надеялись лишь развеять некоторые тайны по поводу популярных моделей конденсаторов, и помочь вам в выборе подходящих компонентов при разработке собственных устройств. Если мы разогрели ваш аппетит, вы можете изучить нашу статью по катушкам индуктивности.
Об обнаруженных вами неточностях и ошибках прошу писать через
— один из самых распространенных электронных компонентов. Существует множество разных типов конденсаторов, которые классифицируют по различным свойствам.
В основном типы конденсаторов разделяют:
- По характеру изменения емкости — постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.
- По материалу диэлектрика — воздух, металлизированная бумага, слюда, тефлон, поликарбонат, оксидный диэлектрик (электролит).
- По способу монтажа — для печатного или навесного монтажа.
Керамические конденсаторы
Керамические конденсаторы или керамические дисковые конденсаторы сделаны из маленького керамического диска, покрытого с двух сторон проводником (обычно серебром).
Карамические конденсаторы
Благодаря довольно высокой относительной диэлектрической проницаемости (от 6 до 12) керамические конденсаторы могут вместить достаточно большую емкость при относительно малом физическом размере. Диапазон емкости этого типа конденсаторов — от нескольких пикоФарад (пФ или pF) до нескольких микроФарад (мФ или uF). Однако их номинальное напряжение, как правило, невысокое.
Маркировка керамических конденсаторов обычно представляет собой трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить.
Например, маркировка 103 на керамическом конденсаторе означает 10 000 пикоФарад или 10 наноФарад. Соответственно, маркировка 104 будет означать 100 000 пикоФарад или 100 наноФарад и.т.д. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%.
Емкость конденсатора зависит от площади обкладок . Для того чтобы компактно вместить большую площадь, используют пленочные конденсаторы. Здесь применяют принцип «многослойности». Т.е. создают много слоев диэлектрика, чередующегося слоями обкладок. Однако с точки зрения электричества, это такие же два проводника разделенные диэлектриком, как и у плоского керамического конденсатора.
В качестве диэлектрика пленочных конденсаторов обычно используют тефлон, металлизированную бумагу, майлар, поликарбонат, полипропилен, полиэстер. Диапазон емкости этого типа конденсаторов составляет примерно от 5pF (пикофарад) до 100uF (микрофарад). Диапазон номинального напряжения пленочных конденсаторов достаточно широк. Некоторые высоковольтные конденсаторы этого типа достигают более 2000 вольт.
Различают два вида пленочных конденсаторов по способу размещения слоев диэлектрика и обкладок – радиальные и аксиальные .
Радиальный и аксиальный тип пленочных конденсаторов
Маркировка емкости пленочных конденсаторов происходит по тому же принципу что и керамических. Это трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%. Например 103J означает 10 000 пикоФарад +/- 5% или 10 наноФарад +/-5%.
Однако довольно часто разные производители кроме значения емкости и точности добавляют символы номинального напряжения, температуры, серии, класса, корпуса, и других особых характеристик. Данные символы могут отличатся и быть размещены в разном порядке, в зависимости от производителя. Поэтому для разшифровки маркировки пленочных конденсаторов желательно пользоваться документацией (Datasheets) .
Обычно используются когда требуется большая емкость. Конструкция этого типа конденсаторов похожа на конструкцию пленочных, только здесь вместо диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная электролитом. Обкладки конденсатора создаются из алюминия или тантала.
Обратим внимание, что электролит хорошо проводит электрический ток! Это полностью противоречит принципу устройства конденсатора, где два проводника должны быть разделены диэлектриком.
Дело в том, что слой диэлектрика создается уже после изготовления конструкции компонента. Через конденсатор пропускают ток, и в результате электролитического окисления на одной из обкладок появляется тонкий слой оксида алюминия или оксида тантала (в зависимости из какого металла состоит обкладка). Этот слой представляет собой очень тонкий и эффективный диэлектрик, позволяющий электролитическим конденсаторам превосходить по емкости в сотни раз «обычные» пленочные конденсаторы.
Недостатком вышеописанного процесса окисления является полярность конденсатора. Оксидный слой обладает свойствами односторонней проводимости. При неправильном подключении напряжения оксидный слой разрушается, и через конденсатор может пойти большой ток. Это приведет к быстрому нагреву и разширению электролита, в результате чего может произойти взрыв конденсатора! Поэтому необходимо всегда соблюдать полярность при подключении электролитического конденсатора . В связи с этим на корпусе компонента производители указывают куда подключать минус.
По причине своей полярности электролитические конденсаторы не могут быть использованы в цепях с переменным током. Но иногда можно встретить компоненты состоящие из двух конденсаторов, соединенными минус-к-минусу и формирующие «не полярные» конденсаторы. Их можно использовать в цепях с переменным током малого напряжения.
Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов в колеблется основном от 1 мкФ до 47000 мкФ. Номинальное напряжение — от 5В до 500В. Допуск обычно довольно большой — 20%.
Танталовые конденсаторы физически меньше алюминиевых аналогов. Вдобавок электролитические свойства оксида тантала лучше чем оксида алюминия — у танталовых конденсаторов значительно менше утечка тока и выше стабильность емкости. Диапазон типичных емкостей от 47нФ до 1500мкФ.
Танталовые электролитические конденсаторы также являются полярными, однако лучше переносят неправильное подключение полярности чем их алюминиевые аналоги. Вместе с тем, диапазон типичных напряжений танталовых компонентов значительно ниже – от 1В до 125В.
Широко используются в устройствах, где часто требуется настройка во время работы — приемниках, передатчиках, измерительных приборах, генераторах сигналов, аудио и видео аппаратуре. Изменение емкости конденсатора позволяет влиять на характеристики проходящего через него сигнала (форму, частоту, амплитуду и т.д.).
Емкость может менятся механическим способом, электрическим напряжением (вариконды), и с помощью температуры (термоконденсаторы). В последнее время во многих областях вариконды вытесняются варикапами (диодами с переменной емкостью).
Под названием «переменные конденсаторы» обычно имеют ввиду компоненты с механическим изменением емкости. Управление емкостю здесь достигается путем изменения площади обкладок. Обкладки в переменных конденсаторах состоят из множества пластин с воздушным пространством между ними в качестве диэлектрика.
Часть пластин фиксированная, часть подвижная. Положение подвижных пластин по отношению к фиксированным определяет общую емкость конденсатора. Чем больше общая площадь пластин тем больше емкость.
Подстроечные конденсаторы
Подстроечные конденсаторы используются при разовом или периодическом регулировании емкости, в отличии от «стандартных» переменных конденсаторов, где емкость меняется в «режиме реального времени». Такая настройка предназначена для самих производителей аппаратуры, а не для ее пользователей, и выполняется специальной настроечной отверткой. Обычная стальная отвертка не подходит, так как может повлиять на емкость конденсатора. Емкость подстроечных конденсаторов как правило невелика – до 500 пикоФарад.
Способ монтажа конденсаторов
Конденсаторы разделяют по способу монтажа на компоненты для навесного монтажа и для печатного монтажа (SMD или чип-конденсаторы). У компонентов для навесного монтажа есть выводы в виде «ножек». У конденсаторов для печатного монтажа выводами служит часть их поверхности.