2.3. Основные характеристики конденсаторов | Электротехника

Материалы и элементы электронной техники

7 лет назад

admin

Основной характеристикой конденсатора является его электрическая емкость (С), определяемая отношением накапливаемого на обкладках электрического заряда (Q) к приложенному к обкладкам напряжению (U):

С = ke,                                                  (2.1)

где k – постоянный коэффициент, S – площадь обкладок, n – число обкладок, d – расстояние между обкладками, e – диэлектрическая проницаемость.

Если конденсатор выполнен на основе комбинированной изоляции, то диэлектрическая проницаемость может быть дополнительно определяемой в зависимости от состава ингредиентов. В частности, для комбинированной бумажно-пленочной изоляции диэлектрическая проницаемость может быть определена по формуле:

e=,

где e_{1 –} диэлектрическая проницаемость материала, используемого в качестве пленки толщиной d₁; e_{2 –} диэлектрическая проницаемость конденсаторной бумаги с толщиной слоя d

2.

Конденсаторы постоянной емкости характеризуются номинальным значением емкости; конденсаторы переменной емкости характеризуются диапазоном емкостей С_{min –} С_max.

Сопротивление изоляции конденсатора (R_из) определяется свойствами диэлектрика и конструкционными особенностями конденсатора. Это сопротивление зависит от температуры и влажности окружающей среды и лежит в пределах от 1 · 10⁹ Ом для сегнетокерамических конденсаторов до 1 · 10¹² Ом для пленочных конденсаторов.

Сопротивление комбинированной бумажно-пленочной изоляции определяется по формуле:

R = .

Добротность (Q) конденсатора определяется потерями энергии в диэлектрике и металлических обкладках и выражается отношением:

Q = P_R/P_A,                                                         (2.2)

где P_R – реактивная мощность; P_A – полные потери энергии в конденсаторе.

Так как полные потери энергии в конденсаторе в единицу времени (активная мощность) определяются суммой потерь энергии в диэлектрике конденсатора (P_д) и потерь энергии в металлических обкладках (P

м), то добротность конденсатора определяется выражением:

Q = P_R /( P_д + P_м ).                                                 (2.3)

Добротность различных типов конденсаторов изменяется от нескольких процентов до 10 раз.

Потери конденсатора часто характеризуют тангенсом угла потерь (tg d_C):

tg d_C = 1/Q,                                                        (2.4)

и определяются, главным образом, потерями в диэлектрике, величина которых зависит от влажности и температуры. В современных конденсаторах наибольшее влияние на потери оказывает температура.

Потери в комбинированном бумажно-пленочном диэлектрике определяются соотношением ингредиентов:

tg,

где  – тангенс угла диэлектрических потерь материала, используемого в качестве пленки толщиной d₁ и диэлектрической проницаемостью e₁;  – тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторной бумаги с толщиной слоя d₂ и диэлектрической проницаемостью e₂.

Реактивная мощность конденсаторов, предназначенных для работы в цепях переменного тока, может быть представлена в виде:

P_R = UI sinj.                                                        (2.5)

Потери большинства конденсаторов незначительны, и сдвиг фаз между током и напряжением близок к 90^о. Поэтому справедливо выражение:

P_R = UI,

где U – эффективное значение напряжения на конденсаторе, I – ток, проходящий через конденсатор. Так как I = UwC, то P_R = U² wC.

Стандартные низковольтные конденсаторы имеют реактивную мощность от 25 до 75 вар.

Электрическая прочность конденсатора характеризует зависимость напряжения, приложенного к его зажимам, от времени, в течение которого не произойдет пробоя.

Время работы, на которое рассчитывается конденсатор, обычно исчисляется де

Вам также может понравиться

типы и принципы работы — Техника на vc.

ru

Конденсаторы — это пассивные элементы обвязки полупроводниковых компонентов в электронных схемах. Их большое разнообразие обусловлено набором качественных характеристик по отношению к габаритам, условиям эксплуатации и стоимости.

324 просмотров

В зависимости от назначения и требуемых характеристик используют определенный тип конденсаторов. Вместе с «ЗУМ-СМД» рассмотрим свойства некоторых типов.

Свойства конденсаторов

Для каждого типа конденсатора свойственны определенные наборы параметров:

• Габариты и удельный вес — влияют на компактность устройства.
• Ёмкость измеряется в фаррадах.
• Максимальное напряжение — предельная величина разности потенциала на обкладках конденсатора (указывается с запасом).
• Ток утечки — величина тока саморазряда конденсатора (имеет ощутимые значения только у некоторых типах конденсаторов.
• Тангенс угла диэлектрических потерь — добротность конденсатора.
• Стоимость — в зависимости от требований, предъявленных к конденсатору, имеет смысл применения определенного класса изделия.

Ёмкость — это основная характеристика прибора. Она зависит от диэлектрической проницаемости изоляционного материала, расположенного между пластинами (обкладками) конденсатора. Также эта характеристика увеличивается с повышением площади совместного расположения пластин и уменьшением расстояния между ними.

Конденсаторы подразделяются по типу монтажа:

• С креплением в отверстия печатной платы — выводы могут быть с одной стороны корпуса или с обоих.
• С болтовым креплением — выводы с одной стороны.
• Для поверхностного крепления (SMD) — короткие выводы, расположенные на одной боковой плоскости.

Классификация конденсаторов

Конденсаторы классифицируются на электролитические, керамические и полимерные и отличаются материалом диэлектрика и пластин (обкладок), а также конструкцией устройства.

Для увеличения емкости электролитические конденсаторы используют электролит, который позволяет уменьшить расстояние между обкладками конденсатора. Они обладают поляризацией, на корпусе, возле одного из электродов указывается обозначение его полярности. Делятся электролитические конденсаторы:

• на жидкостные;
• сухие;
• оксидно-металлические;
• оксидно-полупроводниковые.

Алюминиевые электролитические конденсаторы являются наиболее дешевыми с относительно большой емкостью, но ограничены максимальным напряжением. Их диапазон составляет от 6,3 В до 500 В, могут иметь некоторый ток утечки, до 1 — 2 мА, у качественных моделей 0,05 — 0,1 мА. Внешней отличительной особенностью является крестовая насечка на поверхности противоположной выводам или кольцевой надрез на цилиндрическом корпусе устройства с выводами по обе стороны. Это предотвращает взрыв конденсатора при испарении электролита в случае пробоя диэлектрика.

Танталовые конденсаторы имеют электролит, находящийся в твердом или жидком состоянии. Отличаются от алюминиевых высокими частотными характеристиками и меньшим током утечки, но и естественно большей стоимостью. Некоторые модели очень схожи с вышеописанными, но не имеют насечек. Линейка номиналов до 1000 мкФ и до 100 В.

Из неэлектролитических конденсаторов можно выделить:

• керамические однослойные;
• керамические многослойные;
• высоковольтные керамические;
• полиэстеровые;
• полиэтилентерефталатовые;
• лавсановые;
• полиропиленовые и др.

Они отличаются меньшей удельной емкостью, незначительным током утечки и тангенсом угла диэлектрических потерь.

Компания «ЗУМ-СМД» имеет богатый опыт сотрудничества с производителями конденсаторов различной классификации. Бренды имеют высокое качество продукции, выпущенной на высокотехнологичном оборудовании.

Коэффициент качества и пропускная способность — фильтры

Фильтры

Теперь мы обсудим фактор, который, по сути, измеряет, насколько близко можно усовершенствовать фильтр или фильтрующий компонент. Этот же фактор влияет пропускная способность

и селективность . Коэффициент известен как Q . ( добротность ). Чем выше Q , тем лучше фильтр; чем ниже потери, тем ближе фильтр к совершенству.

Хотя Q может быть определен несколькими способами, общее определение, которое применимо к любой системе, основано на соотношении энергии, запасенной в системе к энергии, рассеиваемой за цикл:

Это основное определение Q , а все остальные определения производное от него. Это уравнение применимо к любому типу резонансной системы, включая последовательно настроенные и параллельно настроенные цепи, состоящие из катушек индуктивности и конденсаторов, линии передачи, микроволновые резонаторы, акустические органные трубы, механические маятники и активные RC-цепи.

Для катушки индуктивности или конденсатора Q оказывается отношением реакция на сопротивление. Для индуктора,

а для конденсатора

где R в обоих случаях — эквивалентное последовательное сопротивление. Применительно к катушкам индуктивности и конденсаторам Q является мерой качество компонента. Чем выше Q , тем ближе катушка индуктивности или конденсатор приближаются к идеальному компоненту.

В последовательно включенной цепи возможно, что напряжение на катушке индуктивности быть значительно больше, чем напряжение, приложенное к цепи. Фактически, напряжения на катушке индуктивности и на конденсаторе будут примерно в Ом в раз больше приложенное напряжение, где Q — добротность всей схемы. Точно так же в параллельно настроенной цепи циркулирующий ток будет почти равен Q -кратный ток, поступающий в цепь.

Q резонансного контура показывает резкое увеличение усиления в узкой полосе с центром на резонансной частоте ф _С .

Q можно определить таким образом, чтобы его можно было использовать для настроенных цепей. как меру избирательности или остроты настройки. Кривая отклика для настроенного контура показан на рисунке выше, а добротность, Q можно получить следующим образом:

где f _C – центральная частота настроенного контура, f ₁ — верхняя частота 3 дБ, а ф ₂ — нижняя частота 3 дБ. Обратите внимание, что поскольку Q является отношением двух частот, это безразмерная величина, так что Q = ω _C /( ω ₁ — ω ₂ ) также действует.

Как поясняется ниже, f ₁ и f ₂ часто называются точками половинной мощности: пусть мощность в цепи, имеющей сопротивление R be Р . Если напряжение в цепи равно В ,

Если мощность уменьшится вдвое, то

Таким образом, мощность уменьшается вдвое, когда напряжение делится на √2. Выражая это в дБ,

Соответственно, точки половинной мощности возникают на частоте, где напряжение 3 дБ ниже пика. Также можно показать, что f _C среднее геометрическое f ₁ и f ₂ , то есть

Пример :
Полосовой фильтр имеет центральную частоту 1000 Гц и полосу пропускания 3 дБ 33,33 Гц. Найдите схему Q и частоты 3 дБ.

Решение:

Из уравнения f _C ² = ф ₁ ф ₂

Также

Объединение двух предыдущих уравнений и решение полученного квадратного уравнения уравнение, получается

Видео с вопросами: использование коэффициента 𝑄 для расчета емкости

Цепь, содержащая резистор, конденсатор и катушку индуктивности, используется в качестве приемника электромагнитных волн с резонансной частотой 121 кГц. Сопротивление резистора 116 кОм. Схема имеет коэффициент 𝑄 1,50. Какова емкость конденсатора в цепи? Формула, используемая для расчета коэффициента 𝑄: 𝑄 = (1/𝑅) √(𝐿/𝐶) . Дайте ответ в экспоненциальном представлении с точностью до двух знаков после запятой.

Стенограмма видео

Цепь, содержащая резистор, конденсатор, а катушка индуктивности используется как приемник электромагнитных волн с резонансная частота 121 кГц. Сопротивление резистора равно 116 кОм. Схема имеет коэффициент 𝑄 1.50. Какая емкость у конденсатор в цепи? Формула, используемая для расчета Коэффициент 𝑄 равен 𝑄, умноженному на единицу на 𝑅, на квадратный корень из 𝐿 на 𝐶. Дайте ответ по научному обозначение до двух знаков после запятой.

В этом вопросе нам дается RLC-цепь, и мы должны определить емкость, используя коэффициент 𝑄, который мы говорят, что он равен 1,50. Допустим, это цепь мы работаем с. Он состоит из резистора, катушки индуктивности и конденсатор. А так как это чередование токовой цепи, он имеет переменное напряжение питания. Нам дана резонансная частота 𝑓 цепи и сопротивление резистора 𝑅. Но мы не знаем индуктивности 𝐿 схемы.

Для определения индуктивности мы вспомнит уравнение, которое может связать 𝐿 с другими нашими переменными. Резонансная частота 𝑓 цепь задается уравнением два 𝜋𝑓 равно квадратному корню из единицы над 𝐿𝐶, где 𝐿 — индуктивность цепи, а 𝐶 — емкость схема.

Теперь нам нужно сделать 𝐿 предмет. Мы можем сделать это, возведя в квадрат оба сторон, что дает два 𝜋𝑓 в квадрате равны единице на 𝐿𝐶. Тогда мы можем взять обратное значение обе стороны, чтобы дать нам один на два 𝜋𝑓 в квадрате равно 𝐿𝐶. И, наконец, мы можем разделить оба сторон на 𝐶, чтобы оставить 𝐿 равным одному на два 𝜋𝑓 в квадрате 𝐶. Затем подставляем это уравнение для 𝐿 в уравнение для коэффициента 𝑄, чтобы получить 𝑄 равно единице на 𝑅, умноженной на квадратный корень из одного из двух 𝜋𝑓 в квадрате 𝐶 в квадрате. Квадратный корень отменит квадраты в нижних терминах, чтобы получить 𝑄 равно одному на два 𝜋𝑓𝐶𝑅.

Мы хотим рассчитать емкость конденсатора в цепи. Так что нам нужно переставить это уравнение, чтобы сделать 𝐶 предметом. Мы можем сделать это, умножив оба стороны уравнения на 𝐶 и разделив обе части на 𝑄, чтобы получить 𝐶 равно единице более двух 𝜋𝑓𝑅𝑄.

Перед тем как подставить в данное переменные, нам нужно быть осторожными с префиксами единиц измерения. Резонансная частота определяется как 121 килогерц, что равно 121 умножить на 10 в степени три герца. Сопротивление 𝑅 равно 116 килоом, что равно 116 умножить на 10 в степени три ома.