Конденсаторы: виды, характеристики — презентация онлайн

Похожие презентации:

Конденсаторы. Обозначения и виды конденсаторов

Конденсаторы. Виды и свойства

Основные параметры и характеристики усилителей

Показатели и характеристики аналоговых электронных устройств

Осциллографы. Методы и средства измерения параметров электрических цепей

Частотные характеристики каскадов на биполярных транзисторах

Пассивные элементы электронных схем. Резисторы. (Лекция 3)

Конденсаторы. Виды конденсаторов

Частотні характеристики лінійних електричних кіл другого порядку. Частотні властивості послідовного коливального контуру

Конденсаторы, их виды и применение

1. Лекция 2. Конденсаторы

Цель лекции: виды; характеристики; R-C
цепи; дифференциальная цепь;
интегральная цепь; соединения
конденсаторов; полезные схемы;
переключатели.

2. Конденсатор

• Это двухполюсник с определенным
значением емкости, предназначенный для
накопления заряда и обладающий свойством
Q=CU.
вольт
кулон
фарада
обкладки
диэлектрик

3. Обозначения и виды конденсаторов

Постоянной емкости
Емкость измеряется в фарадах
Микро Ф
Пико Ф
Нано Ф
Поляризованный
Переменной емкости или подстроечный
Варикап

4. Некоторые применения

Фильтры напряжения.
В колебательных контурах.
В схемах динамической памяти.
В импульсных лазерах с оптической
накачкой.
• В фотовспышках.
• В цепях задержки и формирования
импульсов.

5. Основные параметры конденсатора

Емкость.
Точность.
Удельная емкость.
Плотность энергии.
Номинальное напряжение.
Полярность.
Паразитные параметры: саморазряд;
температурный коэффициент; пьезоэффект.
• Опасный параметр: взрывоопасность для
электролитических конденсаторов.

6. Конденсаторы

слюда
1 — 0.01
пФ
100-600 В Хорошая
точность.
Утечка
малая
Радио
частоты
керамика
0.5 – 100
пФ
100-600 В Хорошая
точность
Утечка
малая
Темпер
коэф.
полипроп 100 пФилен
50 мкФ
100-800 В Высокая
точность
Очень
малая
Универса
льные
стеклянн
ые
10 пФ1000мкФ
100-600 В Хорошая
точность
Очень
малая
Для длит.
Эксплуат.
электрол
итически
е
0.1мкФ1.6 Ф
3-600В
Очень
плохая
Очень
большая
Фильтры
источники
питания
200036000 В
низкая
Очень
малая
Передатч
ики
вакуумны 1 пФе
5000пФ

7. Параметры

• Удельная емкость – отношение емкости к
объему диэлектрика.
• Плотность энергии зависит от
конструктивного исполнения. Например
Конденсатор 12000 мкФ с максимальным
напряжением 450 В, массой 1.9 кГ, обладает
энергией 639 Дж на кг. Параметр важен для
устройств с мгновенным высвобождением
энергии как в пушке Гауса.

8. Параметры конденсатора

• ПОЛЯРНОСТЬ. Многие конденсаторы с
оксидным диэлектриком (электролитические)
функционируют только при корректной
полярности напряжения из-за химических
особенностей взаимодействия электролита с
диэлектриком. При обратной полярности
напряжения электролитические
конденсаторы обычно выходят из строя из-за
химического разрушения диэлектрика с
последующим увеличением тока, вскипанием
электролита внутри и, как следствие, с
вероятностью взрыва корпуса.

9. Параметры конденсатора

• Номинальное напряжение –
указывается в маркировке, при
эксплуатации конденсатора не должно
превышаться.
• ИНАЧЕ – электрический пробой и выход
из строя.

10. Параметры конденсатора

• Взрывы электролитических конденсаторов — довольно
распространённое явление. Основной причиной взрывов
является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве
случаев утечкой или повышением эквивалентного
последовательного сопротивления вследствие старения
(актуально для импульсных устройств). В современных
компьютерах перегрев конденсаторов — также очень частая
причина выхода их из строя, когда они стоят рядом с
источниками повышенного тепловыделения (радиаторы
охлаждения).

11. Параметры конденсаторов

• Многие керамические материалы,
используемые в качестве диэлектрика в
конденсаторах (например, титанат
бария) проявляют пьезоэффект —
способность генерировать напряжение
на обкладках при механических
деформациях. Пьезоэффект ведёт к
возникновению электрических помех,

12. Параметры конденсаторов

• Электрическое сопротивление
изоляции диэлектрика конденсатора,
поверхностные утечки Rd и
саморазряд.
• сопротивление утечки определяют
через постоянную
времени T саморазряда

13. ВАЖНАЯ ОСОБЕННОСТЬ

• Конденсатор более сложный компонент, чем
резистор. Ток проходящий через конденсатор
пропорционален скорости изменения
напряжения.
I C (dU / dt )
Например, если напряжение на конденсаторе изменится на 1 вольт
за 1 сек, то получим ток через конденсатор в 1 ампер.
Если подать ток 1 мА на конденсатор емкостью 1мкФ, то напряжение за
1 секунду возрастет на 1000 В. Используется для фотовспышек.

14. Последовательное соединение конденсаторов

или
При последовательном соединении конденсаторов заряды всех
конденсаторов одинаковы, так как от источника питания они
поступают только на внешние электроды, а на внутренних электродах
они получаются только за счёт разделения зарядов, ранее
нейтрализовавших друг друга.
Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора,
входящего в батарею.

15. Параллельное соединение конденсаторов

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют
параллельно. При этом напряжение между обкладками всех
конденсаторов одинаково. Общая ёмкость
батареи параллельно соединённых конденсаторов равна
сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

16. RC цепи: изменения во времени напряжения и тока

• Рассмотрим простейшую RC цепь
I C (dU / dt )
При решении этого дифференциального уравнения получим решение:
t / RC
U Ae
Если конденсатор зарядить до напряжения
U, а затем разрядить на резистор R,
то можно получить график
RC – постоянная
времени цепи
t
1сек=1Ом1Ф

17.

Постоянная времени RC цепиI C (dU / dt ) (U вх U ) / R
и имеет решение
t / RC
U Uвх e

18. Установление равновесия

• При времени значительно большем чем
RC напряжение на выходе достигает
напряжения U вх.
• ПОЛЕЗНО ЗАПОМНИТЬ ПРАВИЛО:
• За время, равное пяти постоянным
времени, конденсатор заряжается или
разряжается на 99%.

19. Задержка цифрового сигнала RC цепью

0
.
7
RC
tz

20. Интегрирующая цепь

I C ( dU / dt ) (U вх U ) / R
при выполнении ууслови U U вх
С ( dU / dt ) U вх / R
или
1
U(t)
RC
t
U
0
Схема интегрирует входной
( t ) dt сигнал по времени!!!
вх

21. Интегрирование цифрового сигнала

22. Задержка цифрового сигнала RC цепью

0
.
7
RC
tz

23. Изменение формы прямоугольного сигнала конденсатором

Если вместо источника напряжения на конденсатор подать прямоугольный
Сигнал.

24. Дифференцирующая RC цепь

U c = U вх -U
I Cd (U вх U ) / dt
если сопротивление и емкость малы тт
dU/dt d Uвх / dt
С(d Uвх / dt ) U / R
или U(t) RC[d U
Это значит, что выходное напряжение
/ dt ] пропорционально скорости изменения
вх
входного сигнала

25.

Выделение фронта сигнала• Дифференцирующие цепи удобны для
выделения переднего и заднего фронта
импульсного сигнала.

26. Эквивалентная схема емкости

Эквивалентная схема реального конденсатора и некоторые формулы.
C0 — собственная ёмкость конденсатора;
Rd — сопротивление изоляции конденсатора;
Rs — эквивалентное последовательное сопротивление;
Li — эквивалентная последовательная индуктивность.
Rd
Rs
Ls
C0
Реальный конденсатор имеет более сложную систему зависимости тока
и напряжения. Эта зависимость определяется частотой сигнала и значением
реактивного сопротивления

27. Сглаживание пульсаций

28. Источник напряжения

29. Генератор пилообразного сигнала

• Схема использует постоянный ток для
заряда конденсатора. I=C (dU / dt). Или
U(t)=(I/C)t
Источник тока
Для RC цепи, но весьма похоже

30. Переключатели

• Применяются для коммутации линий
связи.
При переключении происходит фиксация положения контактов

31.

Конструктивное исполнение

32. Кнопки, клавиши клавиатуры

• Применяются для кратковременного
соединения источника сигнала с
приемником сигнала.

English     Русский Правила

Типы конденсаторов для холодильных установок – описание различных типов конденсаторов холодильных и особенности их применения на сайте компании Omex

Каталог продукции

Конденсатором холодильной машины называется теплообменный аппарат, в котором происходит переход рабочего вещества холодильного цикла из одного агрегатного состояния в другое.

Назначение конденсаторов в составе холодильной установки

Задача конденсаторов в составе холодильной установки состоит в том, чтобы передать внешней среде или промежуточному хладоносителю теплоту, которую хладагент забрал в охлаждаемом объеме. Таким образом замыкается цикл, рабочее вещество возвращается к параметрам, необходимым для дальнейшего отбора тепла.

Устройство

Холодильный конденсатор воздушного охлаждения включает пучок оребренных или гладких труб, по которым протекает хладагент.

Для изготовления используют металлы с большим коэффициентом теплопроводности:

• медь,
• алюминий,
• латунь,
• сталь.

Снаружи трубы омывает охлаждающая среда. Все элементы заключены в герметичный корпус.

Параметры веществ контролирует система автоматики: датчики температуры, манометры, регуляторы давления и др. Тепловая мощность зависит от площади теплообменной поверхности, которую можно изменять с помощью частичного затопления хладагентом, а также от температуры окружающей среды и температурного напора на аппарате.

Виды конденсаторов для холодильного оборудования

Типы конденсаторов определяют по нескольким характеристикам:

1. По способу охлаждения различают водяные (проточные) и воздушные (оросительные, испарительные).

Теплообменники с водяным охлаждением по конструкции могут быть:

• кожухотрубные;
• кожухозмеевиковые;
• пластинчатые.

Система водоснабжения может быть, как проточной, так и с оборотной водой.

Конденсаторы холодильных систем с воздушным охлаждением по принципу работы делятся на аппараты с естественной и искусственной циркуляцией. Во втором случае аппараты оснащают вентиляторами, которые поддерживают интенсивное движение воздуха, стимулируют процесс.

2. По месту расположения в составе установки аппараты разделяют на встроенные и выносные.
3. По пространственной ориентации: горизонтальные, вертикальные, V-образные.

Также строение теплообменника зависит от используемого хладагента. У каждого холодильного агента свои теплофизические характеристики.

Как выбрать конденсатор?

Входящий в холодильный агрегат конденсаторный блок должен соответствовать заданным техническим характеристикам:

• производительности;
• температурному графику рабочего вещества;
• температуре охлаждающей среды;
• виду хладоносителя;
• рабочему давлению;
• площади теплообменной поверхности и пр.

При подборе нужно учитывать особенности условий использования, климат, место, температурный напор и пространство для монтажа.

От чего зависит выбор теплообменного конденсатора?

Подбор воздушного конденсатора для холодильной установки кроме технических данных учитывает экономические.

В промышленности популярность получили аппараты с воздушным охлаждением.

Конденсаторы с водяным охлаждением сложнее технически, имеет меньшие габариты, применяется в агрегатах высокой и средней мощности. Металлические части конденсатора подвержены коррозии в связи с этим большую роль играет система водоподготовки. Их приходится либо часто менять, либо защищать от воздействия влаги. Эти факторы и большой расход пресной воды повышает затраты на эксплуатацию и обслуживание, но являются более эффективными с точки зрения съёма тепла и габаритов.

Выбирать модель конденсатора для холодильного оборудования должен специалист, способный предусмотреть все нюансы работы агрегата.

Компания OMEX — производитель промышленного и торгового холодильного оборудования для овощехранилищ, магазинов, ресторанов, фермерских хозяйств и пищевых производств. Наши инженеры разрабатывают индивидуальные проекты холодоснабжения предприятий в соответствии с особенностями объекта и хранимой продукции. Учитывают пожелания заказчиков и требования государственных нормативов.

Чтобы получить консультацию, узнать стоимость проекта — позвоните нам по телефону +7 (495) 009-02-42 или заполните форму обратной связи на сайте.

 

Узнать стоимость Заказать звонок

 

Типы конденсаторов — Конденсаторы — Основы электроники

Конденсаторы

В электрическом и электронном оборудовании очень часто необходимо использовать конденсаторы для соединение сигнала между каскадами усилителя, обход сигнала от различных элементов, каскады развязки, фильтрация пульсаций от источников питания, формирование сложных сетей фильтрации сигналов, и формирование настроенных цепей для генераторов и усилителей. В этих различных приложениях разработчик оборудования может выбирать из двух широких групп типов конденсаторов:

фиксированный и переменный . Подробная информация о широком ассортименте коммерческих типов будут обсуждаться в этом разделе.

Конденсаторы постоянной емкости

Фиксированный конденсатор сконструирован таким образом, что он имеет фиксированное значение емкости. который нельзя отрегулировать. Фиксированные конденсаторы классифицируются в зависимости от типа используемого материала: его диэлектрик, такой как бумага, керамика, слюда или электролит.

Бумажные конденсаторы

Бумажный конденсатор изготовлен из плоских тонких полосок проводников из металлической фольги, разделенных вощеными бумага (диэлектрический материал). Бумажные конденсаторы обычно имеют емкость от 100 пикофарад. примерно до 10 мкФ. Рабочее напряжение бумажного конденсатора редко превышает 600 вольт. Бумажные конденсаторы покрыты воском, чтобы предотвратить вредное воздействие влаги и предотвратить коррозию и утечку.

На бумажных конденсаторах используется множество различных видов внешнего покрытия, самым простым из которых является трубчатый.

картонное покрытие. Некоторые типы бумажных конденсаторов заключены в очень прочный пластиковый корпус. Эти типы очень прочный и может использоваться в гораздо более широком диапазоне температур, чем трубчатый картон. На рисунке ниже показана конструкция трубчатого бумажного конденсатора.

Бумажный конденсатор.

Пленочные конденсаторы

Здесь диэлектрическим материалом является пластиковая пленка, используемая отдельно или в виде ламината с бумагой. Пленка обладает высокой механической прочностью, длительной термостойкостью и химической инертностью. если герметично. В качестве материалов обычно используются полипропилен, полистирол и полиэтилен. Конструкция рулона пленочных конденсаторов такая же, как и у бумажных конденсаторов.

Слюдяные конденсаторы

Базовая конструкция слюдяного конденсатора показана на рисунке ниже. Он состоит из нескольких плоских полосок металлической фольги, разделенных прокладками одинаковой формы. полоски слюды. Полоски фольги служат обкладками конденсатора, а слюда выступает в роли диэлектрик. Чередующиеся пластины соединяются вместе. Вся конструкция заключена в литой пластик.

Слюдяной конденсатор.

Альтернативная конструкция — это «посеребренный» слюдяной конденсатор. В этой конструкции очень тонкие слои серебра наносятся непосредственно на одну сторону слюды, а пластины сложены вместе так, что чередующиеся слои серебра разделены чередующимися слоями слюды. В результате получается эквивалент конструкции из фольги. Этот метод позволяет должны быть соблюдены более строгие производственные допуски, поскольку методы точной маскировки позволяют площадь наплавленной пластины должна быть определена с большей точностью и большей однородностью, чем в конструкции из вырезанной фольги. Кроме того, толщина собранного конденсатора меньше, из-за тонкости наплавляемой пластины.

Слюда является отличным диэлектриком и может выдерживать более высокое напряжение, чем бумажный диэлектрик.

одинаковая толщина. Обычные номиналы слюдяных конденсаторов варьируются примерно от 10 пФ до 100 нФ.

Керамические конденсаторы

Керамический конденсатор назван так потому, что он содержит керамический диэлектрик. Один из видов керамики конденсатор использует полый керамический цилиндр как форму, на которой строится конденсатор, и как диэлектрический материал. Пластины состоят из тонких пленок металла, нанесенных на керамический цилиндр.

Второй тип керамического конденсатора изготавливается в форме диска. Конструкция состоит из керамического диска с металлическими пластинами, нанесенными на противоположные стороны. из керамического материала. После прикрепления лидов к с каждой стороны конденсатора конденсатор полностью покрыт изолирующим влагозащитным покрытием. Керамические конденсаторы обычно имеют емкость от 1 пФ до 100 нФ и могут использоваться с напряжения до 30 кВ.

Электролитические конденсаторы

9Электролитический конденсатор 0017 используется там, где требуется большая емкость. Как название подразумевает, что электролитический конденсатор содержит электролит. Этот электролит может быть в виде жидкости (влажный электролитический конденсатор). Мокрый электролитический конденсатор больше не используется из-за осторожности, необходимой для предотвращения проливания электролита. Сухой электролитический конденсатор состоит по существу из двух металлических пластин, разделенных электролитом. Во многих случаях конденсатор размещается в цилиндрическом алюминиевом контейнере, который действует как отрицательный вывод конденсатора. Положительный вывод (или выводы, если конденсатор многосекционный) — наконечник (или наконечники). на нижнем конце контейнера. Значение(я) емкости и номинальное напряжение конденсатора обычно печатаются на боковой стороне алюминиевого корпуса.

Внутренне электролитический конденсатор устроен аналогично бумажному конденсатору. Положительная пластина состоит из алюминиевой (или танталовой) фольги, покрытой очень тонкой пленкой оксида. Эта тонкая оксидная пленка (которая образуется в результате электрохимического процесса) действует как диэлектрик конденсатора. Рядом и в контакте с оксид представляет собой полоску бумаги или марли, пропитанную пастообразным электролитом. Электролит действует как отрицательная пластина конденсатора. Затем наносится вторая полоска алюминиевой фольги. помещают напротив электролита, чтобы обеспечить электрический контакт с отрицательным электродом (электролитом). Когда три слоя на месте, они сворачиваются в цилиндр.

Электролитический конденсатор имеет два основных недостатка по сравнению с бумажным или пленочным конденсатором: электролитический тип поляризованный и имеет низкое сопротивление утечки . Это означает, что если Положительная пластина может быть случайно подключена к отрицательной клемме источника, тонкий оксид пленочный диэлектрик растворится, и конденсатор станет проводником (т. е. закоротит). Полярность клеммы обычно маркируются на корпусе конденсатора. Так как электролитический конденсатор чувствителен к полярности, его использование обычно ограничивается цепью постоянного тока или цепью, в которой Напряжение переменного тока накладывается на напряжение постоянного тока. Имеются специальные электролитические конденсаторы. некоторые приложения переменного тока, такие как пусковой конденсатор двигателя. Сухие электролитические конденсаторы различаются размером примерно от 1 микрофарад до нескольких тысяч микрофарад.

Тип используемого диэлектрика и его толщина определяют величину напряжения, которое можно безопасно приложить к электролитический конденсатор. Если напряжение, приложенное к конденсатору, достаточно велико, чтобы заставить атомы Если диэлектрический материал станет ионизированным, между пластинами возникнет дуга. В большинстве других типов конденсаторов, искрение разрушит конденсатор. Однако электролитический конденсатор обладает способностью заниматься самоисцелением. Если искрение небольшое, электролит восстановится сам. Если дуга слишком большой, конденсатор не будет самовосстанавливаться и выйдет из строя.

Переменные конденсаторы

Переменный конденсатор сконструирован таким образом, что его емкость может изменяться. Существуют две разновидности переменных конденсаторов: подстроечные и подстроечные.

Настроечные конденсаторы

В ряде приложений оператор оборудования должен настраивать свое оборудование, изменяя емкость в достаточно широком диапазоне. Типичным подстроечным конденсатором является роторно-статорный конденсатор. Он состоит из двух наборов металлических пластин, расположенных так, что пластины ротора перемещаются между пластины статора. Воздух является диэлектриком. При изменении положения ротора значение емкости также изменяется. Особое внимание уделяется разработке и производству этих конденсаторы для обеспечения легкости и плавности вращения вместе с точно предсказуемое изменение во всем диапазоне вращение. Этот тип конденсатора обычно используется для настройки радиоприемники. Его внешний вид показан на рисунке ниже.

Подстроечный конденсатор.

Подстроечные конденсаторы

Существуют приложения, такие как определенные типы настроенных схем, в которых точное значение емкости, требуемой в цепи, нельзя предсказать или контролировать с помощью требуемой точность. В таких приложениях полезно иметь в наличии конденсатор, который можно регулируется до точного требуемого значения при выравнивании оборудования после сборки. Корректирование пользователем оборудования, не требуется, хотя более поздняя корректировка может быть сделана специалистом. сервисный техник при обслуживании оборудования. Так как конденсатор не требует частого сброс, не предпринимается никаких особых усилий, чтобы сделать эту настройку особенно удобной, а диапазон регулировки вообще совсем небольшой.

Один тип подстроечного конденсатора показан на рисунке ниже. Винтовая регулировка используется для изменения емкости этого конденсатора.

Подстроечный конденсатор.

Основы: понимание характеристик типов конденсаторов для их правильного и безопасного использования

digikey

Конденсаторы — это устройства накопления энергии, необходимые как для аналоговых, так и для цифровых электронных схем. Они используются для синхронизации, создания и формирования сигналов, блокировки постоянного тока и соединения сигналов переменного тока, фильтрации и сглаживания и, конечно же, накопления энергии. Из-за широкого спектра применений появилось множество типов конденсаторов с использованием различных материалов пластин, изолирующих диэлектриков и физических форм. Каждый из этих типов конденсаторов предназначен для определенного диапазона приложений. Большое разнообразие вариантов означает, что может потребоваться время, чтобы просмотреть их все, чтобы найти оптимальный вариант конструкции с точки зрения рабочих характеристик, надежности, срока службы, стабильности и стоимости.
Необходимо знать характеристики каждого типа конденсатора, чтобы он был адекватно приспособлен к применению в предполагаемой цепи. Эти знания должны охватывать электрические, физические и экономические характеристики конденсаторов.
В этой статье будут описаны различные типы конденсаторов, их характеристики и основные критерии их выбора. Примеры Murata Electronics, KEMET, Cornell Dubilier Electronics, Panasonic Electronics Corporation и AVX Corporation будут использоваться для иллюстрации основных различий и атрибутов.

Что такое конденсатор?

Конденсатор представляет собой электронное устройство, накапливающее энергию во внутреннем электрическом поле. Это основной пассивный электронный компонент наряду с резисторами и катушками индуктивности. Все конденсаторы имеют одинаковую базовую структуру: две проводящие пластины, разделенные изолятором, называемым диэлектриком, который можно поляризовать при приложении электрического поля (рис. 1). Емкость пропорциональна площади пластины А и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами d.

Рисунок 1: Базовый конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных непроводящим диэлектриком, который накапливает энергию в виде поляризованных областей в электрическом поле между двумя пластинами. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)
Первым конденсатором была лейденская банка, разработанная в 1745 году. Она представляла собой стеклянную банку, покрытую металлической фольгой с внутренней и внешней поверхностей, и первоначально использовалась для хранения статических электрических зарядов. Бенджамин Франклин использовал его, чтобы доказать, что молния — это электричество, что стало одним из первых зарегистрированных применений.
Емкость основного плоского конденсатора можно рассчитать по уравнению 1:
 Уравнение 1
Где:
Кл — емкость в фарадах
А — площадь пластины в квадратных метрах
d — расстояние между пластинами в метрах
ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала
ε равна относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, ε _r , умноженной на диэлектрическую проницаемость вакуума, ε ₀ . Относительная диэлектрическая проницаемость, ε _r, часто называют диэлектрической проницаемостью k.
Согласно уравнению 1 емкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости и площади пластин и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для увеличения емкости можно увеличить площадь пластин и уменьшить расстояние между ними. Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1, а относительная диэлектрическая проницаемость всех диэлектриков больше 1, вставка диэлектрика также увеличит емкость конденсатора. Конденсаторы обычно называют по типу используемого диэлектрического материала (таблица 1).

Таблица 1: Характеристики распространенных типов конденсаторов в зависимости от материала диэлектрика. (Источник таблицы: Digi-Key Electronics)

Несколько примечаний к записям столбца:

• Относительная диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость конденсатора влияет на максимальное значение емкости, достижимое для данной площади пластины и толщина диэлектрика.
• Диэлектрическая прочность — это оценка сопротивления диэлектрика пробою под напряжением в зависимости от его толщины.
• Минимально достижимая толщина диэлектрика влияет на максимальную реализуемую емкость, а также на напряжение пробоя конденсатора.

Конструкция конденсатора

Конденсаторы доступны в различных конфигурациях физического монтажа, включая осевой, радиальный и поверхностный монтаж (рис. 2).

Рис. 2. Типы монтажа конденсатора или конфигурации включают осевой, радиальный и поверхностный монтаж. В настоящее время очень широко используется поверхностный монтаж. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Осевая конструкция основана на чередующихся слоях металлической и диэлектрической фольги или металлизированном с обеих сторон диэлектрике, свернутом в цилиндрическую форму. Соединения с токопроводящими пластинами могут осуществляться через вставной язычок или круглую токопроводящую торцевую заглушку.
Радиальный тип обычно состоит из чередующихся слоев металла и диэлектрика. Металлические слои соединяются на концах. Радиальные и осевые конфигурации предназначены для монтажа через отверстия. Конденсаторы для поверхностного монтажа
также используют чередующиеся проводящие и диэлектрические слои. Металлические слои на каждом конце соединяются припоем для поверхностного монтажа.

Модель схемы конденсатора

Модель схемы конденсатора включает три пассивных элемента схемы (рис. 3).

Рисунок 3: Модель цепи конденсатора состоит из емкостных, индуктивных и резистивных элементов. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Контурная модель конденсатора состоит из последовательно соединенных резистивных элементов, которые представляют собой омическое сопротивление проводящих элементов вместе с диэлектрическим сопротивлением. Это называется эквивалентным или эффективным последовательным сопротивлением (ESR).
Диэлектрические эффекты возникают, когда на конденсатор подаются сигналы переменного тока. Переменное напряжение заставляет поляризацию диэлектрика изменяться каждый цикл, вызывая внутренний нагрев. Нагрев диэлектрика является функцией материала и измеряется как коэффициент рассеяния диэлектрика. Коэффициент рассеяния (DF) является функцией емкости конденсатора и ESR и может быть рассчитан по уравнению 2:

Уравнение 2
Где:
X _C — емкостное реактивное сопротивление в омах (Ом)
ESR — эквивалентное последовательное сопротивление (в Ом).
Коэффициент рассеяния зависит от частоты из-за емкостного реактивного сопротивления и является безразмерным, часто выражается в процентах. Более низкий коэффициент рассеяния приводит к меньшему нагреву и, следовательно, к меньшим потерям.
Последовательно включен индуктивный элемент, называемый эффективной или эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL). Это представляет собой индукцию свинца и проводящего пути. Индуктивность и емкость, соединенные последовательно, вызывают последовательный резонанс. Ниже резонансной частоты серии устройство в основном проявляет емкостную характеристику, выше ее — более индуктивное. Эта последовательная индуктивность может быть проблематичной во многих высокочастотных приложениях. Поставщики минимизируют индуктивность, используя многослойную конструкцию, показанную в конфигурациях компонентов для радиального и поверхностного монтажа.
Параллельное сопротивление представляет собой сопротивление изоляции диэлектрика. Значения различных компонентов модели зависят от конфигурации конденсатора и материалов, выбранных для его изготовления.

керамические конденсаторы

В этих конденсаторах используется керамический диэлектрик. Существует два класса керамических конденсаторов: класс 1 и класс 2. Класс 1 основан на параэлектрической керамике, такой как диоксид титана. Керамические конденсаторы этого класса имеют высокий уровень стабильности, хороший температурный коэффициент емкости и малые потери. Благодаря присущей им точности они используются в генераторах, фильтрах и других радиочастотных устройствах. 9В керамических конденсаторах класса 2 0024 используется керамический диэлектрик на основе ферроэлектрических материалов, таких как титанат бария. Из-за высокой диэлектрической проницаемости этих материалов керамические конденсаторы класса 2 обладают более высокой емкостью на единицу объема, но имеют более низкую точность и стабильность, чем конденсаторы класса 1. Они используются для шунтирующих и соединительных устройств, в которых абсолютное значение пропускной способности не является критическим.
GCM1885C2A101JA16 от Murata Electronics является примером керамического конденсатора (рис. 4). Конденсатор класса 1 емкостью 100 пикофарад (пФ) имеет допуск 5 %, рассчитан на 100 вольт и поставляется в конфигурации для поверхностного монтажа. Этот конденсатор предназначен для использования в автомобилях при температуре от -55° до +125°C.

Рис. 4. GCM1885C2A101JA16 представляет собой керамический конденсатор для поверхностного монтажа класса 1 емкостью 100 пФ с допуском 5 % и емкостью 100 В. (Источник изображения: Murata Electronics)

пленочные конденсаторы

В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрика используется тонкая пластиковая пленка. Проводящие пластины могут быть выполнены в виде слоев фольги или двух тонких слоев металлизации, по одному на каждой стороне пластиковой пленки. Пластик, используемый для диэлектрика, определяет характеристики конденсаторов. Пленочные конденсаторы бывают разных видов:
Полипропилен (ПП): Обладают особенно хорошей переносимостью и стабильностью, низкими показателями ESR и ESL и высокой скоростью пробоя. Из-за температурных ограничений диэлектрика они доступны только в виде устройств с выводами. Конденсаторы PP находят применение в цепях, где встречается высокая мощность или высокое напряжение, таких как импульсные источники питания, балластные цепи, цепи высокочастотного разряда, а также в аудиосистемах, где их низкие ESR и ESL ценятся для целей производительности. целостность сигнала.
Полиэтилентерефталат (ПЭТ) : Также называемые полиэфирными или майларовыми конденсаторами, эти конденсаторы являются наиболее объемно эффективными из пленочных конденсаторов из-за их более высокой диэлектрической проницаемости. Как правило, они применяются в качестве радиальных направляющих устройств. Они используются для емкостных приложений общего назначения.
Полифениленсульфид (PPS): Эти конденсаторы изготавливаются только в виде устройств с металлизированной пленкой. Они обладают особенно хорошей температурной стабильностью и поэтому применяются в цепях, требующих хорошей стабильности частоты.
Примером пленочного конденсатора PPS является ECH-U1h201JX5 компании Panasonic Electronics Corporation. Устройство на 100 пФ имеет допуск 5%, рассчитано на 50 вольт и поставляется в конфигурации для поверхностного монтажа. Он имеет диапазон рабочих температур от -55° до 125°C и предназначен для общих электронных приложений.
Полиэтиленнафталат (PEN): Как и конденсаторы PPS, они доступны только в металлизированной пленочной конструкции. Они устойчивы к высоким температурам и доступны в конфигурации для поверхностного монтажа. Приложения ориентированы на те, которые требуют высоковольтных и высокотемпературных характеристик.
Конденсаторы из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или тефлона характеризуются устойчивостью к высоким температурам и высоким напряжениям. Они изготавливаются как в металлическом, так и в листовом исполнении. Конденсаторы из ПТФЭ в основном находят применение, требующее воздействия высоких температур.

электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы отличаются высокими значениями емкости и высоким объемным КПД. Это достигается за счет использования жидкого электролита в качестве одной из его пластин. Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из четырех отдельных слоев: катода из алюминиевой фольги; бумажный сепаратор, пропитанный электролитом; алюминиевый анод, химически обработанный для образования очень тонкого слоя оксида алюминия; и, наконец, еще один бумажный разделитель. Затем этот набор сворачивается и помещается в герметичную металлическую банку.
Электролитические конденсаторы представляют собой поляризованные устройства постоянного тока (DC), что означает, что приложенное напряжение должно быть приложено к указанным положительным и отрицательным клеммам. Неправильное подключение электролитического конденсатора может привести к взрыву, хотя в корпусах есть диафрагмы для сброса давления, чтобы уменьшить люфт и свести к минимуму вероятность повреждения.
Основными преимуществами электролитического конденсатора являются высокие значения емкости, небольшие размеры и относительно низкая стоимость. Значения емкости имеют широкий диапазон допусков и относительно высокие токи утечки. Чаще всего электролитические конденсаторы применяются в качестве фильтрующих конденсаторов как в линейных, так и в импульсных источниках питания (рис. 5).

Рисунок 5: Примеры электролитических конденсаторов; все имеют емкость 10 микрофарад (мкФ). (Источник изображения: Kemet and AVX Corp.)

На рис. 5 слева направо ESK106M063AC3FA от Kemet представляет собой алюминиевый электролитический конденсатор с радиальными выводами, 10 мкФ, 20%, 63 В. Он может работать при температуре до 85°C и имеет срок службы 2000 часов. Он предназначен для электролитических применений общего назначения, включая операции фильтрации, развязки и байпаса.
Альтернативой алюминиевому электролитическому конденсатору является алюминиево-полимерный конденсатор, в котором жидкий электролит заменен твердым полимерным электролитом. Полимерный алюминиевый конденсатор имеет более низкое ESR, чем алюминиевый электролитический, и более длительный срок службы. Как и все электролитические конденсаторы, они поляризованы и находят применение в источниках питания в качестве фильтрующих и развязывающих конденсаторов.
El A758BG106M1EDAE070 от Kemet представляет собой 10 мкФ, 25 В, алюминиевый полимерный конденсатор с радиальными выводами, с увеличенным сроком службы и повышенной стабильностью в широком диапазоне температур. Он предназначен для промышленных и коммерческих приложений, таких как зарядные устройства для мобильных телефонов и медицинская электроника.
Танталовые конденсаторы представляют собой еще одну форму электролитических конденсаторов. В этом случае на танталовом листе химически формируется слой оксида тантала. Его объемная эффективность лучше, чем у алюминиевого электролита, но максимальные уровни напряжения обычно ниже. Танталовые конденсаторы имеют более низкое ESR и более высокую термостойкость, чем алюминиевые электролитические, а значит, они лучше выдерживают процесс пайки.
El T350E106K016AT от Kemet представляет собой 10 мкФ, 10%, 16 В, танталовый конденсатор с радиальными выводами. Он предлагает преимущества небольшого размера, низкой утечки и низкого коэффициента рассеяния для фильтрации, байпаса, связи по переменному току и приложений синхронизации.
Последний тип электролитического конденсатора — это электролитический оксид ниобия. Разработанный во время нехватки тантала, ниобиевый электролитический конденсатор заменяет тантал ниобием и пятиокисью ниобия в качестве электролита. Из-за более высокой диэлектрической проницаемости он предлагает меньший размер упаковки на единицу емкости.
Примером электролита на основе оксида ниобия является NOJB106M010RWJ от AVX Corp. Это конденсатор емкостью 10 мкФ, 20 %, напряжением 10 В для поверхностного монтажа. Как и танталовый электролит, он используется для связи по переменному току, байпаса и фильтрации.

Слюдяные конденсаторы

Слюдяные конденсаторы (в основном серебряная слюда) характеризуются жестким допуском по емкости (±1%), низким температурным коэффициентом емкости (обычно 50 ppm/°C), исключительно низким коэффициентом рассеяния и малым изменением емкости в зависимости от приложенное напряжение. Жесткий допуск и высокая стабильность делают их подходящими для радиочастотных цепей. Слюдяной диэлектрик покрыт с обеих сторон для обеспечения проводящих поверхностей. Слюда является стабильным минералом, который не взаимодействует с большинством распространенных электронных загрязнителей.
El MC12FD101J-F от Cornell Dubilier Electronics представляет собой слюдяной конденсатор емкостью 100 пФ, 5%, 500 вольт в конфигурации для поверхностного монтажа (рис. 6). Он используется в радиочастотных приложениях, таких как МРТ, мобильные радиостанции, усилители мощности и генераторы. Его температура рассчитана на работу в диапазоне от -55° до 125°C.

Рис. 6. Конденсатор MC12FD101J-F компании Cornell Dubilier Electronics представляет собой слюдяной конденсатор для поверхностного монтажа, предназначенный для радиочастотных приложений. (Источник изображения: Cornell Dubilier Electronics)

Заключение:

Конденсаторы являются важным компонентом в конструкции электроники.