Обозначение конденсаторов на схеме: как это происходит

Если требуется устройство для накопления заряда в схеме, используются конденсаторы. При рассмотрении элементов учитывается их удельная емкость, а также плотность энергии. Предусмотрено множество типов устройств, отличающихся по сборке и предназначению.

Описание

Конденсатор является двухполюсным элементом, которой служит уплотнителем. Основная задача — удержание переменной емкости в цепи. В момент подачи напряжения происходит перезарядка элемента. Далее осуществляется процесс накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор на схеме

Обозначение на схемах

Конденсатор на схеме может по-разному обозначаться в зависимости от цепи. Для понимания маркировки стоит рассмотреть распространённые типы элементов:

• с постоянной емкостью;
• поляризованные;
• танталовые;
• переменные;
• триммеры;
• ионисторы.

Обозначение конденсаторов на схеме связано с ГОСТом 2.728-74. Речь идет о межгосударственном стандарте, в котором прописана маркировка.

Поляризованные

Обозначение электролитических конденсаторов на схемах можно описать, как две горизонтальные полоски со знаком плюс. При рассмотрении товаров есть разделение на полярные и неполярные типы. Те и другие включаются в схему и отличаются по параметрам. Весь секрет заключается в процессе изготовления.

Поляризованный тип

Интересно! На примере алюминиевых моделей видно, что они производятся с обкладкой в фольге. Она выступает в качестве катода и является отличным проводником.

На схеме конденсатор может подсоединяться параллельно либо последовательно. Если взглянуть на цепь, на ней отображается постоянная, а также переменная емкость. Надписи пишутся сокращённо, однако по маркировке можно узнать точное значение. Представленные варианты отличаются высокой степенью стабильности, поэтому применяются в бытовой технике.

Отечественные аналоги продаются в замкнутых корпусах и являются компактными. Поляризованные конденсаторы могут быть пленочными либо керамическими. Учитывается электрика, а также показатель напряжения. Накопитель может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Полупроводниковые конденсаторы считаются наиболее распространёнными, и в цепи обозначаются с показателем предельной ёмкости. В промышленности востребованными остаются твердотельные компоненты, которые применяются в платах управления.

Танталовые

Элементы данного типа обозначаются двумя горизонтальными полосками. они производятся с покрытием диоксида марганца. Компоненты являются востребованными, поскольку обладают высокой мощностью, и по всем параметрам обходят алюминиевые элементы. Весь секрет кроется в использовании сухого электролита.

Танталовые модели

К основным особенностям стоит прописать такое:

• термостабильность,
• отсутствие утечек,
• высокое напряжение,
• значительный срок годности.

Вместе с тем в цепи конденсаторы страдают при повышенной температуре. У них низкий ток заряда, есть проблема с частотой. Электронная промышленность движется вперёд, поэтому танталовые типы всё чаще используются в платах управления.

Важно! Элементы востребованы по причинам компактных размеров и высокого напряжения.

Если рассматривать твердотельные модификации, они состоят из диэлектрика, защитного покрытия, а также катода с анодом. В цепи компоненты не бояться пониженных частот, поскольку учитывается высокое значение импеданса. Графический показатель рассчитывается, как отношение индуктивности к определенной емкости.

Дополнительно при рассмотрении схем конденсатора берется в расчет показатель фильтрации сигналов. Как правило, он не превышает 100 км. Чтобы элемент работал должным образом, определяется безопасный уровень тока и частоты.

Рассчитывается максимальная мощность компонента и уровень сопротивления, относительно рабочей частоты. В документации графической формы указывается параметр ESR, он демонстрирует мощность рассеивания. В цепи существует ряд факторов, влияющих на показатели:

• сигнал;
• максимальная температура;
• корректирующий множитель.

Чтобы просчитать среднюю частоту по схеме, рассчитывается среднеквадратичный ток. Для этого берется в расчет минимальное значение емкости и номинальная мощность. Если рассматривать печатные платы, конденсаторы могут обозначать значениями FR4, FR5, G10. Рядом с элементами подписывается параметр емкости.

Важно! При осмотре схемы учитываются размеры контактных зон.

Правила установки танталовых изделий:

• требуется паяльная паста;
• выбор места;
• доступные способы пайки.

Чтобы танталовый конденсатор эффективно работал на плате, подбирается паяльная паста и наносится толщиной в 0.02 мм. Некоторые используют материалы с флюсом, такое также допускается. Основная проблема — это подбор оптимального режима пайки. При установке танталового конденсатора обращается внимание на маркировку, стоит обращать внимание на обозначение ёмкости.

Также показана полярность, номинальное напряжение. Проще всего восстанавливать конденсаторы стандартных типоразмеров. Процесс производится вручную либо на фабрике. Там с этой целью используются конвекционные либо инфракрасные печи. Помимо ручной пайки известным считается волновой метод.

Ручная пайка

Основное требование — поддержание оптимальной температуры для подогрева контакта. После пайки следует заняться чисткой. С этой целью подойдут растворы Prelete, Chlorethane, Terpene. Важное требование — это отсутствие такого элемента, как дихлорметан.

Переменные

Конденсаторы переменного типа изображены с перечеркнутыми двумя горизонтальными полосками. Особенность данного типа заключается в изменении емкости посредством воздействия механической силы. Напряжение на обкладке может изменяться, учитываются показатели в колебательных контурах.

Устройства применимы в схеме приемника либо передатчика. Элементы используются на пару со стабилизаторами, тримерами. Переменные конденсаторы, наравне с подстрочными элементами применяются в колебательных контурах. Их основная задача — измерение резонансной частоты. Как вариант, компоненты встречаются в цепях радиоприемника, используются на пару с усилителями.

Переменный тип

Если говорить об антенных устройствах, конденсаторы незаменимые для генераторов частоты. В качестве основы применяются твердые резисторы и органическая плёнка. На рынке представлены керамические варианты компактных размеров. Есть товары с одной или двумя секциями, у которых отличаются показатели емкости.

Если рассматривать многосекционные модели, они обозначаются, как 6 горизонтальных полосок в цепи. Также существует построечный тип для радиоаппаратуры. За основу элемента взят воздушный диэлектрик, который используется в цепи переменного тока. Конденсаторы применимы в блоках питания и фильтрах.

Важно! Радиолюбители знают о проблеме с низкой частотой и необходимостью подгонки ёмкости.

Конденсаторы-триммеры

Данный тип конденсаторов на схеме обозначен в виде двух горизонтальных полосок со стрелкой. Речь идёт о компактных элементах, использующихся в печатных платах. У них крайне низкие показатели емкости, учитывается незначительная частота. По структуре модель отличается от переменных конденсаторов.

Триммеры

Ионистор

Ионистор на схеме показан, как стандартный электролитический конденсатор — две горизонтальные полоски со знаком плюс. Элемент производится без диэлектрика и не обладает потенциальным зарядом. Знак «+» показывает полярность конденсатора на схеме.

По структуре ионистор содержит сепаратор, уплотнительный изолятор, а также электроды. Если смотреть параметры, учитывается такое:

• внутреннее сопротивление,
• предельный ток,
• номинальное напряжение,
• уровень саморазряда,
• предельная емкость,
• срок годности.

В принципиальной сети элемент используется в блоках питания. Также он подходит для таймера, других цифровых устройств. Даже если заглянуть в смартфон либо планшет, на плате найдётся данный элемент.

Ионистор

Температурный коэффициент

Когда изменяется температура окружающей среды, емкость конденсатора также меняется. Чтобы отслеживать данный коэффициент, берется в расчет показатель ТКЕ. По формуле он представляет собой соотношение начальной емкости и изменения температуры. Первоначально отслеживаются нормальные условия работы компонента.

При значительном повышении температуры используются линейные уравнения, в которых задаются показатели рабочих условий функционирования конденсатора. Также указывается стартовая ёмкость в качестве ориентира. Показатель ТКЕ необходим для подготовки описания к элементам.

Показатель ТКЕ

Если взглянуть на спецификацию, прописываются все параметры. При подборе компонентов пользователи желают знать, как устройство реагирует на изменение температуры. Чаще всего речь идет о постоянном показателе, поэтому стоит рассматривать график с диапазоном рабочих температур.

Маркировка

Если взглянуть на схему, отечественные компоненты отмечаются с набором характеристик:

• ёмкость,
• номинальное напряжение,
• дата выпуска,
• расположение маркировки на корпусе,
• цветовая маркировка отечественных радиоэлементов.

Важно разбираться в показателях, уметь расшифровывать аббревиатуры. Таким образом, получится точно определить тип конденсатора.

Маркировка отечественных радиоэлементов

Ёмкость

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф), микрофарадах (мкФ) или пикофарадах (пФ) и прописываться рядом со значком элемента. На схемах учитывается постоянный, переменный, саморегулирующийся параметр. Номинальная емкость дублируется на корпусе конденсатора. Так, на элементе могут указываться обозначения:

• 5П1 — 5,1 пФ.
• h2 — 100 пФ.
• 1Н — 1000 пФ.

Номинальная емкость

Номинальное напряжение

Показатель номинального напряжения измеряется в вольтах, регулируется ГОСТом 9665 — 77. Если взглянуть на схему, встречается надпись С1 100В. В данном случае говорится о номинальном напряжении в 100 вольт. Таким образом, определяется электролитическая прочность компонента. Специалист способен рассчитать толщину диэлектрика, учитывая прочие факторы.

Номинальное напряжение

Зная показатель напряжения сети, открывается представление о сфере использования элемента. Если не учитывать данный параметр, конденсатор может не справится с возложенной на него нагрузкой. Весь секрет заключается в типе используемой обкладки. Также в расчет берутся рабочие температуры.

Дата выпуска

Если присмотреться к элементам, в конце маркировки оказывается 4 цифры. Они показывают год, а также месяц изготовления элемента. К примеру, на конденсаторе может быть указано «9608». Из этого следует, что элемент изготовлен в 1996 году, в августе месяце. Правила нанесения маркировки прописаны в ГОСТе 30668-2000.

Маркировки по ГОСТу 30668-2000

Расположение маркировки на корпусе

Чтобы быстро отыскать необходимую информацию на корпусе конденсатора, маркировка находится на передней стороне. Если рассмотреть плёночный компонент, либо другой тип, регламент четко прописан в ГОСТе и дублируется в технических инструкциях. Производитель обязательно использует цветовые индикаторы полосками. и цифровые обозначения.

Цветовая маркировка отечественных радиоэлементов

По цветовой маркировке можно узнать информацию о множителе, номинальной емкости и даже рабочей температуре.

• Золотистый цвет (указывает на низкий параметр множителя — 0.01 допуск составляет не более 5%).
• Серебристый (множитель 0.1, показатель допуска не больше 10%).
• Чёрный (множитель 1, допуск 20%).
• Коричневый (указывает на емкость 1 мкФ, множитель равняется 10, а допуск не более 1%).
• Красный (говорит о номинальной емкости 2 пф, множитель составлять 10 в квадрате, допуск около 2%).
• Оранжевый (это элемент с ёмкостью 3 пф, множитель 10 в третьей степени).
• Жёлтый цвет (элементы с емкостью 4 пф, множитель у них 10 в четвёртой степени).
• Зелёный цвет (элементы с множителем 10 в пятой степени, показатель 4 пф)
• Голубой цвет (на 6 пф, множитель 10 в 6 степени, отклонения 0.25 процентов).
• Фиолетовый (допуск от 0.1 процентов, параметр множителя 10 в седьмой степени, а емкость 7 пФ).
• Серый (допуск 0.05 процентов, ёмкость 8 пф, множитель — 10 в восьмой степени).
• Белый (элемент на 9 пф, множитель 10 в девятой степени).

Цвета конденсаторов

Маркировка конденсаторов импортного производства

Рассматривая маркировку импортных конденсаторов, необходимо понимать, что первые цифры показывают емкости. Далее следует количество нолей и потом показателя ЕТК. Ниже указывается допустимое рабочее напряжение, к примеру, взять электролитический конденсатор с ёмкостью 100 пф, на нём будет обозначение «100n». Также прописывается допустимое напряжение, например, 120 вольт.

Выше подробно расписаны типы конденсаторов. Каждый из элементов имеет определённое обозначение на схеме. Чтобы разбираться в них, стоит изучить таблицу со значениями и цветами.

Маркировка конденсаторов.

Правила маркировки конденсаторов постоянной ёмкости

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 47HC. Данная запись соответствует 47nK 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 здесь.

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.

Допуск в %	Буквенное 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.

Номинальное рабочее напряжение, B	Буквенный 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.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Электрический конденсатор. Виды конденсаторов.

Много написано про конденсаторы, стоит ли добавлять еще пару тысяч слов к тем миллионам, что уже есть? Таки добавлю! Верю, что моё изложение принесёт пользу. Ведь оно будет сделано с учётом целей этого сайта. 

1. Что такое конденсатор
2. Как устроен
3. Как работает
4. Где используется
5. Виды конденсаторов

Что такое электрический конденсатор

Если говорить по-русски, то конденсатор можно обозвать «накопитель». Так даже понятнее. Тем более именно так переводится на наш язык это название. Стакан тоже можно обозвать конденсатором. Только он накапливает в себе жидкость. Или мешок. Да, мешок. Оказывается тоже накопитель. Накапливает в себе всё, что мы туда засунем. Причем тут электрический кондесатор? Он такой же как стакан или мешок, но только накапливает электрический заряд. 

Представь себе картину: по цепи проходит электрический ток, на его пути встречаются резисторы, проводники и, бац, возник конденсатор (стакан). Что случится? Как ты знаешь, ток — это поток электронов, а каждый электрон имеет электрический заряд. Таким образом, когда кто-то говорит, что по цепи проходит ток, ты предствляешь себе как по цепи бегут миллионы электронов. Именно вот эти самые электрончики, когда на их пути возникает конденсатор, и накапливаются. Чем больше запихнем в конденсатор электронов, тем больше будет его заряд. 

Возникает вопрос, а сколько можно таким образом накопить электронов, сколько влезет в конденсатор и когда он «наестся»? Давай выяснять. Очень часто для упрощенного объяснения простых электрических процессов используют сравнение с водой и трубами. Воспользуемся таким подходом тоже. 

Представь, трубу, по которой течет вода. На одном конце трубы насос, который с силой закачивает воду в эту трубу. Затем поперек трубы мысленно поставь резиновую мембрану. Что произойдёт? Мембрана станет растягиваться и напрягаться под действием силы давления воды в трубе (давление создаётся насосом). Она будет растягиваться, растягиваться, растягиваться и в итоге сила упругости мембраны либо уравновесит силу насоса и поток воды остановится, либо мембрана порвётся _{(Если так непонятно, то представь себе воздушный шарик, который лопнет, если его накачать слишком сильно)}! Тоже самое происходит и в электрических конденсаторах. Только там вместо мембраны используется электрическое поле, которое растёт по мере зарядки конденсатора и постепенно уравновешивает напряжение источника питания.

Таким образом, у конденсатора есть некоторый предельный заряд, который он может накопить и после превышения которого произойдёт пробой диэлектрика в конденсаторе он сломается и перестанет быть конденсатором. Самое время, видимо, рассказать как устроен конденсатор.

Как устроен электрический конденсатор

В школе тебе рассказывали, что конденсатор — это такая штуковина, которая состоит из двух пластин и пустоты между ними. Пластины эти называли обкладками конденсатора и к ним подключали проводки, чтобы подать напряжение на конденсатор. Так вот современные конденсаторы не сильно отличаются. Они все также имеют обкладки и между обкладками находится диэлектрик. Благодаря наличию диэлектрика улучшаются харктеристики конденсатора. Например, его ёмкость.

В современных конденсаторах используются разные виды диэлектриков _{(об этом ниже)}, которые запихиваются между обкладок конденсаторов самыми изощренными способами для достижения опредлённых характеристик.

Принцип работы 

Общий принцип работы достаточно прост: подали напряжение — заряд накопился. Физические процессы, которые при этом происходят сейчас тебя не сильно должны интересовать, но если захочешь, то можешь об этом прочитать в любой книге по физике в разделе электростатики. 

Конденсатор в цепи постоянного тока

Если поместить наш конденсатор в электрическую цепь (рис. ниже), включить последовательно с ним амперметр и подать в цепь постоянный ток, то стрелка амперметра кратковременно дёрнется, а затем замрет и будет показывать 0А — отсутствие тока в цепи. Что случилось? 

Будем считать, что до того, как был подан ток в цепь, конденсатор был пуст (разряжен), а когда подали ток, то он очень быстро стал заряжаться, а когда зарядился (эл. поле  между обкладками конденсатора уравновесило источник питания), то ток прекратился (здесь график заряда конденсатора).

Именно поэтому говорят, что конденсатор не пропускает постоянный ток. На самом деле пропускает, но очень короткое время, которое можно посчитать по формуле t = 3*R*C _{(Время зарядки конденсатора до объёма 95% от номинального. R- сопротивление цепи, C — ёмкость конденсатора)} Так конденсатор ведёт себя в цепи постоянного тока. Совсем иначе он себя ведёт в цепи переменного! 

Конденсатор в цепи переменного тока

Что такое переменный ток? Это когда электроны «бегут» сначала туда, потом назад. Т.е. направление их движения все время меняется. Тогда, если по цепи с конденсатором побежит переменный ток, то на каждой его обкладке будет скапливаться то «+» заряд, то «-«. Т.е. фактически будет протекать переменный ток. А это значит, что переменный ток «беспрепятственно» проходит через конденсатор.

Весь этот процесс можно смод

Устройство танталового конденсатора.

Конструкция и особенности танталовых конденсаторов

В настоящее время, кроме всем знакомых алюминиевых электролитических конденсаторов, в электронике применяются электролитические конденсаторы с диэлектриком из пентаоксида тантала. Вот о них и пойдёт речь далее.

Давайте узнаем, как устроен танталовый электролитический конденсатор, а также изучим его сильные и слабые стороны. Вот так выглядит танталовый чип-конденсатор для поверхностного монтажа ёмкостью 1 мкФ и рабочее напряжение 35V.

Как известно, на ёмкость конденсатора влияет площадь обкладок, а также толщина диэлектрика, который находится между ними.

В качестве анода в танталовом конденсаторе выступает порошок из тантала высокой степени очистки. Этот порошок прессуют и нагревают в вакууме до высокой температуры (1300 – 2000⁰С). В результате получается пористая структура, похожая на губку. За счёт высокой пористости удаётся получить большую площадь анодной обкладки.

Формирование диэлектрика.

Далее при производстве конденсатора формируется диэлектрик. Это делается с помощью электрохимического окисления.

Меняя величину приложенного напряжения, формируют необходимую толщину слоя диэлектрика.

На пористой поверхности танталового анода образуется тончайшая плёнка диэлектрика – пентаоксида тантала Ta₂O₅. Благодаря этому оксиду удаётся получить очень тонкую и непроводящую плёнку. Отметим, что полученный диэлектрик имеет аморфную структуру и не проводит ток. Также существует кристаллический Ta₂O₅, но в отличие от аморфного он является проводником. Запомним эту особенность.

Только вдумайтесь, толщина плёнки диэлектрика Ta₂O₅ может составлять несколько сотен – тысяч ангстрем! Чтобы было более наглядно, переведём ангстремы в доли метра. 1 ангстрем = 1,0 * 10^-10 метра, другими словами 1 ангстрем = 0,1 нанометра. Таким образом, толщина слоя диэлектрика у танталового конденсатора составляет от 10 до 100 нанометров! Так что, нанотехнологии уже давно применяются на практике и удивляться этому не стоит.

Для сравнения. У рядовых алюминиевых электролитических конденсаторов толщина диэлектрика чуть менее 1 мкм (1 мкм = 0,000 001 метра). Это в 100 раз больше, чем толщина самой тонкой плёнки пентаоксида тантала в 10 нанометров.

Твёрдотельный электролит.

В качестве электролита в танталовых конденсаторах используется диоксид марганца MnO₂. Данный оксид является твёрдотельным полупроводниковым материалом.

Полученную ранее губчатую структуру из пористого танталового порошка с образованным слоем диэлектрика пропитывают солями марганца. Далее с помощью окислительно-восстановительной реакции под нагревом формируют слой твёрдого электролита. Процесс повторяется несколько раз.

Особенности катода танталового конденсатора.

Для наилучшего контакта с выводом катода твёрдый электролит MnO₂ покрывают слоем графита, а на его поверхность наносят металл, обычно это серебро. Так что в танталовых конденсаторах присутствует один из самых востребованных драгоценных металлов. О драгметаллах в радиодеталях читайте здесь.

Полученную конструкцию запрессовывают в компаунд. Вот так в общих чертах выглядит устройство и технология изготовления танталового конденсатора.

ESR танталовых конденсаторов.

ESR танталового конденсатора на низких частотах определяется сопротивлением диэлектрика Ta₂O₅, а на высоких частотах его определяет уже сопротивление электролита MnO₂.

Как известно, импеданс (ёмкостное сопротивление) с ростом частоты падает вплоть до частот мегагерцового диапазона. А поскольку сопротивление электролита MnO₂, которое входит в ESR также уменьшается с увеличением температуры, то на высоких частотах ESR тоже уменьшается.

Благодаря этому, танталовые конденсаторы прекрасно работают в импульсных источниках питания, рабочая частота которых выше 100 кГц. На высоких частотах ESR их очень мал.

Недостатки танталовых конденсаторов.

Особенностью танталовых конденсаторов является то, что пентаоксид тантала имеет аморфную структуру и не проводит ток. Но, вот кристаллический Ta₂O₅ является прекрасным проводником. Под действием внешней температуры и высокого напряжения в диэлектрике образуются участки с кристаллическим Ta₂O₅. Это приводит к резкому возрастанию токов утечки и пробою.

При малых областях кристаллизации Ta₂O₅ может проявляться эффект восстановления. Возросший ток через область пробоя вызывает сильный нагрев и, как следствие, химические реакции в структуре твёрдого электролита MnO₂. В результате нескольких преобразований образуется непроводящий оксид марганца (MnO). Таким образом, место пробоя «закрывается» непроводящим ток оксидом.

Дефект конденсатора может быть вызван не только эксплуатацией в жёстких условиях.

Также причиной пробоя могут быть:

• Механические повреждения диэлектрика при производстве, например, при ударе и вибрациях;

• Повреждение слоя диэлектрика при формировании твёрдого электролита. Так как в результате формирования электролита происходит химическая реакция с выделением тепла и газа, то из-за этого может быть повреждён диэлектрик.

• Любой, даже самый чистый материал имеет включения и загрязнения. Так и танталовый порошок имеет загрязнения в виде примесей: железа, кальция, углерода и т.д. Если слой диэлектрика будет слишком тонкий, чтобы покрыть участки загрязнения, то в месте присутствия примесей образуется утечка и пробой.

• Наличие вкраплений кристаллического оксида тантала, которые могут образоваться в процессе производства или быть результатом некачественного сырья.

При пайке методом оплавления, который применяется на массовом производстве, наблюдается так называемая «газация» танталовых чип-конденсаторов. Дело в том, что при их неправильном хранении или из-за низкого качества самих изделий, конденсаторы впитывают влагу. Это приводит к тому, что при нагреве влага превращается в пар и вырывается наружу. Это приводит к повреждению корпуса и смещению рядом установленных компонентов.

Особенности применения танталовых конденсаторов.

В настоящее время в широкой продаже имеются танталовые конденсаторы на номинальное напряжение до 75V. Как оказалось, танталовые конденсаторы очень чувствительны к превышению номинального напряжения. Наблюдения показали, что если снизить рабочее напряжение на 50%, то показатель отказов снижается на 5%. Именно поэтому их рекомендуют использовать в схемах, где рабочее напряжение ниже номинального напряжения.

Обычно танталовые конденсаторы встречаются на печатных платах в виде SMD-элементов жёлто-оранжевого цвета. Несмотря на свои скромные размеры, они обладают ёмкостью в несколько десятков – сотен микрофарад и рассчитаны на рабочее напряжение от 4 до 75 вольт. Со стороны плюсового вывода на их корпус наносится полоса.

Танталовые конденсаторы для монтажа в отверстия обычно имеют каплевидную форму, покрыты жёлто-оранжевым компаундом и имеют со стороны плюсового вывода метку в виде линии.

Маркировка танталовых конденсаторов похожа на маркировку керамических. Ёмкость указывается тремя цифрами, последняя указывает на количество нулей. Таким образом, запись 226 говорит нам о том, что ёмкость равна 22 000 000 пикофарад = 22 000 нанофарад = 22 микрофарады. Номинальное напряжение (Rated Voltage) указывается ниже. Далее на фото видно, что номинальное напряжение конденсатора равно 35 вольтам (надпись 35).

На некоторых конденсаторах маркировка иная. После числового значения ёмкости ставится буква µ (микро), а после номинального напряжения конденсатора указывается буква V.

На фото показан танталовый конденсатор ёмкостью 10 мкФ и номинальное напряжение 16V.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Характеристики конденсаторов и каких типов они бывают

В прошлой статье было рассмотрено то, как работают конденсаторы и для чего они нужны. Сейчас Мы рассмотрим очень важные вопросы по подбору конденсаторов- их характеристики и типы. Помните, что очень важно подбирать подходящего типа конденсатор для определенных условий, от этого зависят их эффективность работы, долговечность и целесообразность их применения в каждой конкретной ситуации.

Характеристики конденсаторов

Основные характеристики конденсаторов наносятся на его корпусе, кроме того там указывается тип конденсатора, название фирмы изготовителя и дата выпуска.

• Номинальная емкость конденсатора- самый важный параметр. Согласно ГОСТ 2.702 номинальная емкость в пределах  от 0 до 9 999 пФ указывается на схемах без указания единицы измерения в пикофарадах , а в пределах от 10 000 пФ до 9 999 мкФ — в микрофарадах с указанием единицы измерения буквами мк, а на самом конденсаторе- мкФ или uF.
• После величины емкости указывается допускаемые отклонения от номинального значения.
• Второй важный параметр- это величина номинального напряжения (5, 12, 50, 110, 220, 380, 660, 1 000 Вольт и т. п.). Рекомендую брать для работы в схеме всегда конденсатор с запасом по напряжению. И не в коем случае не берите с меньшим номинальным напряжением, а то произойдет пробой диэлектрика и выход из строя конденсатора.
• Дополнительные характеристики не всегда наносятся. Это может быть рабочие температуры, рабочий ток переменный или постоянный и т. п.
• Другие параметры. Конденсаторы могут быть однофазные и трехфазные, для внутренней  или наружной установки.

Основные характеристики Вы всегда найдете на корпусе конденсаторов.  На картинке сверху круглый конденсатор на 16мкф и 450 Вольт (АС означает переменное напряжение), а справа на 400 В и 10 uF =10 микрофарад.

Типы конденсаторов

Основная классификация конденсаторов проводится по типу используемого в нем диэлектрика, что определяет главные электротехнические характеристики конденсаторов: величину максимального напряжения, сопротивление изоляции, величину потерь, стабильность ёмкости и т. п.

Основные разновидности по виду диэлектрика:

1. С жидким диэлектриком.
2. Вакуумные, у которых обкладки  находятся в вакууме без диэлектрика.
3. С газообразным диэлектриком.
4. Электролитические и оксид-полупроводниковые конденсаторы. В качестве диэлектрика выступает оксидный слой металлического анода, а с другой электрод (катод)- это электролит, но в оксид-полупроводниковых- это полупроводниковый слой , нанесённый на оксидный слой с другой стороны. Данный тип конденсаторов обладает самой огромной удельной ёмкостью по сравнению с другими.
5. Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком— пленочные, бумажные, метало-бумажные, а так же комбинированные — бумажно-плёночные и т. п.
6. Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком— керамические,  стеклянные, слюдяные, из неорганических плёнок,  а так же комбинированные- стекло-керамические, стекло-эмалевые,  стекло-плёночные и др.

Различаются конденсаторы и по возможности изменения своей ёмкости:

• Самые распространенные постоянные конденсаторы, обладающие постоянной емкостью на протяжении всего срока службы.
• Переменные конденсаторы  применяются в радиоприемниках и не только. Они при работе аппаратуры обладают возможностью изменения ёмкости с использованием механического метода (реостат), либо изменения электрического напряжения (варикапы, вариконды) или температуры (термоконденсаторы).
• Подстроечные конденсаторы используются для периодической или разовой подстройки или регулировки  ёмкостей  в  цепях схем, в которых необходимо незначительное изменение ёмкости для нормального функционирования устройств.

По назначению использования конденсаторы делятся на:

• Низковольтные общего назначения, самый распространенный вид широко используемый в различных схемах.
• Высоковольтные, используемые в цепях с высоким напряжением.
• Пусковые, применяемые для запуска электродвигателей.
• Импульсные, создающие импульс необходимый для работы фотовспышки, лазеров и т. п..
• Помехоподавляющие и т. п.

Обозначение конденсаторов в схеме

1. Обыкновенный самый распространенный  конденсатор обозначается на схеме как показано на рисунке под номером один.
2. Электролитический обозначается как показано под № 2.
3. Переменный изображен под номером 3.
4. Подстроечный конденсатор- 4.

Как правильно подключить параллельно или последовательно конденсаторы Вы сможете прочитать в нашей следующей статье.