П. 2. Конденсаторы

Параметры конденсаторов. Конденсаторы делят на конденсаторы общего назначения и конденсаторы специ­ального назначения. Конденсаторы общего назначения делят на низкочастотные и высокочастотные. К конденсаторам специального назначения относят высо­ковольтные, помехоподавляющие, импульсные, дозиметрические, конденсаторы с электрически управляемой емкостью (варикапы, вариконды) и др.

Основными параметрами конденсатора являются емкость и рабочее напряжение. Кроме того, свойства конденсаторов характеризуют рядом паразитных параметров.

Номинальная емкость С_ном и допустимое отклонение от номинала ±∆С. Номиналь­ные значения емкости С_ном высокочастотных конденсаторов так же, как и номи­нальные значения сопротивлений, стандартизованы и определяются рядами Е6, Е12, Е24 и т. д. (см. табл. 5.1). Номинальные значения емкости электролитичес­ких конденсаторов определяются рядом: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 50; 100; 200; 300; 500; 1000; 2000; 5000 мкФ.

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 разделяют на классы (табл. П.4).

Таблица П.4

Классы конденсаторов

Класс	0,001	0,02	0,05			I	II	III	IV	V	VI
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 радам 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 значением напряжения пробоя и зависит в основном от изоляционных свойств диэлектрика. Все конден­саторы в процессе изготовления подвергают воздействию испытательного напряжения в течение 2-5 с. В технической документации указывают номинальное напряжение, то есть 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 емкость оказывает температура. Ее влияние оценивают температурным коэффициентом емкости (ТKE):

Изменение емкости обусловлено изменением линейных размеров обкладок кон­денсатора и диэлектрика, но в основном изменением диэлектрической проницае­мости диэлектрика.

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. Температурную стабильность этих конденсаторов оце­нивают величиной предельного отклонения емкости при крайних значениях температуры. Низкочастотные конденсаторы разделены на три группы по ве­личине температурной нестабильности: Н20 – ±20 %; НЗ0 – ±30 %; Н90 – +50–90 %.

Стабильность конденсаторов во времени характеризуется коэффициентом ста­рения

Потери энергии в конденсаторах обусловлены электропроводностью и поляриза­цией диэлектрика (см. подраздел «Диэлектрические потери» раздела «Электро­физические свойства диэлектрических материалов» в главе 1). Их характеризу­ют тангенсом угла диэлектрических потерь tg β. Конденсаторы с керамическим диэлектриком имеют tg β =10^-4, конденсаторы со слюдяным диэлектриком — 10^-4, с бумажным — 0,01-0,02, с оксидным — 0,1-1,0.

Система обозначений и маркировка конденсаторов. В настоящее время принята система обозначений конденсаторов постоянной ем­кости, состоящая из ряда элементов: на первом месте стоит буква К, на втором месте — двузначное число, первая цифра которого характеризует тип диэлект­рика, а вторая — особенности диэлектрика или эксплуатации (табл. П.5), затем через дефис ставится порядковый номер разработки.

Например, обозначение К10-17 означает керамический низковольтный конден­сатор с порядковым номером разработки 17. Кроме того, применяют обозначения, указывающие на конструктивные особенности: КСО — конденсатор слюдяной опрессованный, КЛГ — конденсатор литой герметизированный, КТ — керамический трубчатый и т. д.

Таблица П.5

Система обозначений конденсаторов

Обозначение	Тип конденсатора	Обозначение	Тип конденсатора
К10	Керамический низковольтный (Uраб< 1600 В)	К51	Электролитический фольговый танталовый, ниобиевый и др.
K15	Керамический высоковольтный (Uраб> 1600 В)	К52	Электролитический объемно-пористый
K20	Кварцевый	К53	Оксидно-полупроводниковый
K21	Стеклянный	К54	Оксидно-металлический
K22	Стеклокерамический	К60	С воздушным диэлектриком
K23	Стеклоэмалевый	К61	Вакуумный
K31	Слюдяной малой мощности	К71	Пленочный полистирольный
K32	Слюдяной большой мощности	К72	Пленочный фторопластовый
K40	Бумажный низковольтный (Uраб < 2 кВ) с фольговыми обкладками	К73	Пленочный полиэтилентерефталатный
К41	Бумажный высоковольтный (Uраб > 2 кВ) с фольговыми обкладками	К75	Пленочный комбинированный
К42	Бумажный с металлизированными обкладками	К76	Лакопленочный
К50	Электролитический фольговый алюминиевый	К77	Пленочный поликарбонатный

Подстроечные конденсаторы обозначают буквами КТ, переменные — буквами КП. Затем следует цифра, указывающая тип диэлектрика; 1 — вакуумные; 2 — воз­душные; 3 — газонаполненные; 4 — твердый диэлектрик; 5 — жидкий диэлектрик. В конструкторской документации помимо типа конденсатора указывают емкость, рабочее напряжение и ряд других параметров. Например, обозначение КП2 озна­чает конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, а обозначение КТ4 — подстроенный конденсатор с твердым диэлектриком.

	а б в г д е		а б в г д е

Рис.П.2.

На принципиальных схемах конденсаторы обозначают в виде двух параллельных черточек и дополнительных элементов. На рис. П.2, а показан конденсатор по­стоянной емкости, на рис. П.2, 6— полярный (электролитический) конденсатор, на рис. П.2, в — конденсатор переменной емкости, на рис. П.2, г — подстроенный конденсатор, на рис. П.2, д — варикап, на рис. П.2, е — вариконд.

На принципиальных схемах около конденсатора ставится буква С с порядковым номером конденсатора, например С26, и указывается емкость. Около подстро­енных и переменных конденсаторов указывают минимальную и максимальную емкости. Например, обозначения 5...25 означают, что емкость изменяется от 5 до 25 пФ.

На корпусе конденсатора указывают его основные параметры. В малогабаритных конденсаторах применяют сокращенную буквенно-кодовую маркировку. При емкости конденсатора менее 100 пФ ставят букву П. Например, 33 П означает, что емкость конденсатора составляет 33 пФ. Если емкость лежит в пределах от 100 пФ до 0,1 мкФ, то ставят букву Н (нанофарада). Например, 10 Н означает емкость в 10 нФ или 10 000 пФ. При емкости более 0,1 мкФ ставят букву М, на­пример, 10 М означает емкость в 10 мкФ. Слитно с обозначением емкости указы­вают буквенный индекс, характеризующий класс точности. Для ряда Е6 с точно­стью ±20 % ставят индекс В, для ряда Е12 — индекс С, а для ряда Е24 — индекс И. Например, маркировка 1Н5С означает конденсатор емкостью 1,5 нФ (1500 пФ), имеющий отклонение от номинала ±10 %.

Основные разновидности конденсаторов. В РЭА применяют большое количество различных типов конденсаторов посто­янной емкости. Рассмотрим их основные особенности.

Керамические конденсаторы. Эти конденсаторы широко применяют в высокочас­тотных цепях. Основой конструкции керамического конденсатора является заго­товка из керамики, на две стороны которой нанесены металлические обкладки. Конструкция может быть секционированной, трубчатой или дисковой. Эти конденсаторы не трудоемки в изготовлении и дёшевы. Для изготовления конден­саторов применяют керамику с различными значениями диэлектрической про­ницаемости (ε > 8) и температурного коэффициента, который может быть как по­ложительным, так и отрицательным. Численные значения ТКЕ лежат в пределах от -2200·10^-6 до +100-10 ^-61/°С. Применяя параллельное включение конденсато­ров с разными знаками ТКЕ, можно получить достаточно высокую стабильность результирующей емкости.

Промышленность продолжает выпускать несколько разновидностей ранее разра­ботанных керамических конденсаторов:

- КЛГ — керамические литые герметизированные;

- КЛС — керамические литые секционированные;

- КМ — керамические малогабаритные пакетные;

- КТ — керамические трубчатые;

- КТП — керамические трубчатые проходные;

- КО — керамические опорные;

- КДУ — керамические дисковые;

- КДО — керамические дисковые опорные.

Новые разработки керамических конденсаторов обозначают К10, они предназна­чены для использования в качестве компонентов микросхем и микросборок. Кон­денсаторы типа К15 могут работать при напряжениях более 1600 В.

Стеклянные, стеклокерамические и стеклоэмалевые конденсаторы. Эти конденса­торы, как и керамические, относят к категории высокочастотные. Они состоят из тонких слоев диэлектрика, на которые нанесены тонкие металлические пленки. Для придания конструкции монолитности такой набор спекают при высокой температуре. Эти конденсаторы обладают высокой теплостойкостью и могут работать при температуре до 300 °С. Существуют три разновидности таких кон­денсаторов: К21 — стеклянные; К22 — стеклокерамические; К23 — стеклоэмалевые.

Стеклокерамика имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем стек­ло. Стеклоэмаль обладает более высокой электрической прочностью.

Слюдяные конденсаторы. Эти конденсаторы имеют пакетную конструкцию, в ко­торой в качестве диэлектрика используют слюдяные пластинки толщиной от 0,02 до 0,06 мм, диэлектрическая проницаемость которых ε = 6, а тангенс угла потерь tgδ = 10^-4. В соответствии с принятой в настоящее время маркировкой их обозна­чают К31. В РЭА применяют также ранее разработанные конденсаторы КСО — конденсаторы слюдяные опрессованные. Емкость этих конденсаторов лежит в пределах от 51 пФ до 0,01 мкФ. Слюдяные конденсаторы применяют в высокочас­тотных цепях.

Бумажные конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика приме­няют конденсаторную бумагу толщиной от 6 до 10 мкм с невысокой диэлектри­ческой проницаемостью (е = 2...3), поэтому габариты этих конденсаторов большие. Обычно бумажные конденсаторы изготавливают из двух длинных, свернутых в рулон лент фольги, изолированных конденсаторной бумагой, то есть конден­саторы имеют рулонную конструкцию. Из-за больших диэлектрических потерь и большого значения собственной индуктивности эти конденсаторы нельзя при­менять на высоких частотах. В соответствии с принятой маркировкой эти кон­денсаторы обозначают К40 или К41.

Разновидностью бумажных конденсаторов являются металлобумажные (типа К42), у которых в качестве обкладок вместо фольги используют тонкую металлическую пленку, нанесенную на конденсаторную бумагу, благодаря чему уменьшаются габариты конденсатора.

Электролитические конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика используют тонкую оксидную пленку, нанесенную на поверхность металлического электрода, называемого анодом. Второй обкладкой конденсатора является электролит. В качестве электролита используют концентрированные растворы кислот и щелочей. По конструктивным признакам эти конденсаторы делят на четыре типа: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.

В жидкостных конденсаторах анод, выполненный в виде стержня, на поверхности которого создана оксидная пленка, погружен в жидкий электролит, находящийся в алюминиевом цилиндре. Для увеличения емкости анод делают объемно-порис­тым путем прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре.

В сухих конденсаторах применяют вязкий электролит. В этом случае конденса­тор изготавливают из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанной элек­тролитом. Фольга сворачивается в рулон и помещается в кожух. Выводы делают от оксидированной (анод) и неоксидированной (катод) фольги.

В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используют ди­оксид марганца. В оксидно-металлических конденсаторах функции катода выпол­няет металлическая пленка оксидного слоя.

Особенностью электролитических конденсаторов является их униполярность, то есть они могут работать при подведении к аноду положительного потенциала, а к катоду — отрицательного. Поэтому их применяют в цепях пульсирующего на­пряжения, полярность которого не изменяется, например, в фильтрах питания.

Электролитические конденсаторы обладают очень большой емкостью (до тыся­ч микрофарад) при сравнительно небольших габаритах. Но они не могут рабо­тать в высокочастотных цепях, так как из-за большого сопротивления электроли­та tg δ достигает значения 1,0.

Поскольку при низких температурах электролит замерзает, то в качестве пара­метра электролитических конденсаторов указывают минимальную температуру, при которой допустима работа конденсатора. По допустимому значению отрица­тельной температуры электролитические конденсаторы делят на четыре группы:

- Н (неморозостойкие, T_min = -10 °С);

- М (морозостойкие, T_min = - 40 °С);

- ПМ (с повышенной морозостойкостью, T_min = -50 °С);

- ОМ (особо морозостойкие, T_min = - 60 °С).

При понижении температуры емкость конденсатора уменьшается, а при повыше­нии температуры — возрастает.

Пленочные конденсаторы. В этих конденсаторах в качестве диэлектрика ис­пользуют синтетические высокомолекулярные тонкие пленки. Современная тех­нология позволяет получить пленки, наименьшая толщина которых составляет 2 мкм, механическая прочность 1000 кг/см, а электрическая прочность достигает 300 кВ/мм. Такие свойства пленок позволяют создавать конденсаторы очень ма­лых габаритов. Конструктивно они аналогичны бумажным конденсаторам и отно­сятся к 7-й группе.

Конденсаторы типа К71 в качестве диэлектрика имеют полистирол. В конденса­торах типа К72 применен фторопласт, в конденсаторах К73 — полиэтилентерефталат. В конденсаторах К75 применено комбинированное сочетание полярных и неполярных пленок, что повышает их температурную стабильность. В конденсаторах К76 в качестве диэлектрика применена тонкая лаковая пленка толщиной около 3 мкм, что существенно повышает их удельную емкость. Высокими значени­ями удельной емкости и температурной стабильности обладают конденсаторы К77, в которых в качестве диэлектрика применен поликарбонат.

В качестве обкладок в пленочных конденсаторах используют либо алюминиевую фольгу, либо напыленные на диэлектрическую пленку тонкие слои алюминия или цинка. Корпус таких конденсаторов может быть как металлическим, так и пласт­массовым и иметь цилиндрическую или прямоугольную форму.

Вариконды. Это конденсаторы, емкость которых зависит от напряженности элект­рического поля. Они выполняются на основе сегнетоэлектриков (титанита бария, стронция, кальция и т. д.). Для них характерны высокие значения относительной диэлектрической проницаемости и ее сильная зависимость от напряженности электрического поля и температуры. Применяют вариконды как элементы на­стройки колебательных контуров. Если вариконд включить в цепь резонансного 1.С-контура и изменять постоянное напряжение, подводимое к нему от источни­ка, имеющего высокое внутреннее сопротивление (оно необходимо для того, что­бы источник не ухудшал добротность колебательного контура), то можно изме­нять резонансную частоту этого контура.

Варикапы. Это одна из разновидностей полупроводникового диода, к которому под­водится обратное напряжение, изменяющее емкость диода. Благодаря малым раз­мерам, высокой добротности, стабильности и значительному изменению емкости варикапы нашли широкое применение в РЭА для настройки контуров и фильтров.

Дата добавления: 2015-05-06