работа, типы, 5 применений (сначала прочтите это!) – Lambda Geeks

Содержание

> Конденсатор — определения и обзор

> Теория работы

> Конденсатор в цепи постоянного тока

> Конденсатор в цепи переменного тока

> Конденсатор последовательно

> Конденсаторы параллельно

> Типы конденсаторов

> Приложения

> Часто задаваемые вопросы по конденсаторам

Конденсатор — определения и обзор

Конденсатор — одно из важнейших пассивных устройств, способных накапливать электрическую энергию. Это двухконтактное устройство. емкость известен как эффект конденсатора.

В 1704 году были обновлены древние формы конденсатора. Европейский эксперимент тогда обнаружил, что электрический заряд может сохраняться в стакане, наполненном водой. Позже в 1745 году Эвальд Георг из Германии обнаружил, что последовательно включенные высоковольтные электростатические генераторы могут хранить эту сумму. Раньше конденсаторы назывались конденсаторами или конденсаторами. Алессандро Вольта ввел термин в употребление в 1782 году. Термин «конденсатор» появился в 1926 году.

Типов конденсаторов очень много. Конденсаторы имеют не менее двух проводников в виде плоской металлической поверхности, разделенных диэлектрическими материалами. Проводником может быть электролит, фольга, тонкая пленка и т. Д. Непроводник — это диэлектрическое вещество, увеличивающее зарядную емкость конденсатора. В качестве диэлектрика для конденсатора используются такие материалы, как воздух, полиэтиленовая пленка, бумага, слюда, керамика.

Когда к клеммам конденсатора прикладывается внешнее напряжение, на диэлектрическом материале создается электрическое поле. Таким образом, положительный заряд собирается на одной пластине, а отрицательный — на другой шкале. Конденсаторы используются практически во всех электрических и электронных схемах. Разница между резистором и конденсатором заключается в том, что резистор рассеивает энергию, а идеальный конденсатор — нет.

Типы конденсаторов, источник изображения — Эрик Шредер из Сан-Франциско, Калифорния, США, Конденсаторы (7189597135), CC BY-SA 2.0

Теория Операции

Как упоминалось ранее, конденсатор имеет два проводника, разделенных диэлектрической средой. Конденсатор работает по принципу закона Кулона. Закон Кулона гласит:

Таким образом, заряд на одном проводнике будет генерировать силу на носителе другого проводника, которая дополнительно притягивает заряды противоположной полярности и вызывает колебания зарядов того же типа. Так индуцируется заряд противоположной полярности на поверхности другого проводника.

Оба проводника содержат одинаковое количество зарядов, а диэлектрический материал создает электрическое поле.

Емкость и единицы измерения емкости:

Емкость стандартного конденсатора определяется как отношение заряда проводника к напряжению на проводниках.

С = Q / В

C — емкость, Q — заряд на поверхности каждого проводника, а V — напряжение между двумя проводниками.

Единица измерения емкости в системе СИ — Фарад (Ф)..

Емкость в один фарад определяется как величина емкости, которую конденсатор может генерировать, если к каждому проводнику, имеющему напряжение в один вольт, приложить один кулон заряда.

В практических устройствах емкость определяется как:

С = dQ / dВ

* Большинство конденсаторов, доступных на рынке, имеют емкость в микрофарадах.

Конденсатор может вести себя по-разному в разное время, если он находится в активной электрической цепи. Его поведение можно охарактеризовать как длительным, так и коротким сроком.

Длительная эквивалентность конденсатора действует как конфигурация разомкнутой цепи (ток не проходит).

Кратковременный эквивалент конденсаторов действует как конфигурация короткого замыкания.

V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫_t0^t I (τ) dτ] + V (t₀)

Взяв производные, получаем —

I (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]

Символ конденсатора

Доступны разные типы конденсаторов. Для их представления также используются различные типы символов. Некоторые из них представлены ниже в виде диаграмм. Они очень полезны для описания схемы.

Различные символы для обозначения конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока

Давайте обсудим схему постоянного тока, в которой конденсатор и резистор включены последовательно с источником постоянного напряжения — V0.

Предположим, что конденсатор ранее не был заряжен, а разомкнутый переключатель замкнут в момент t0.

Из закона напряжения Кирхгофа мы можем написать:

Во = В_R (т) + В_C (Т)

V_R (t) — напряжение на резисторе R в момент времени t, а V_C (t) — измеренное напряжение на конденсаторе схемы в момент времени t.

Vo = i (t) * R + (1 / C) * [∫_t0 ^t I (τ) dτ]

Взяв производную с обеих сторон, получим —

RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0

В момент t, скажем, это ноль. Напряжение резистора VXNUMX и конденсатора равно нулю.

В то время ток был бы — Io = Vo / R. Теперь решая дифференциальные уравнения —

I (t) = (Vo / R) * e ^(-т/т0)

V (t) = Vo (1 — e ^(-т/т0))

τ₀ = РК.

Это называется «постоянной времени» схемы.

Конденсатор в цепи переменного тока

В цепи переменного тока конденсатор создает импеданс, который представляет собой векторную сумму сопротивления и реактивного сопротивления. Полное сопротивление и реактивное сопротивление конденсатора выражаются следующими выражениями.

Реактивное сопротивление = X = — 1 / ωC = — 1 / 2πfC

Импеданс = Z = 1 / jωC = — j / ωC = —j / 2πfC

Здесь ω — угловая частота; j мнимая единица.

Импеданс обратно пропорционален емкости. Увеличение емкости и частоты вызывает уменьшение импеданса и наоборот.

Q-фактор:

Q-фактор или коэффициент качества конденсатора определяется как отношение реактивного сопротивления к его сопротивлению. Коэффициент q является мерой эффективности. Формулу можно записать как —

Q = Х_c / R = 1 / ωCR

ω — угловая частота, C — емкость конденсатора, Xc — реактивное сопротивление, R — эквивалентное сопротивление.

Конденсатор в серии

На схеме представлены конденсаторы в последовательном соединении. Это показывает, что вместо площади пластины добавлено расстояние разделения. Серия емкости действует как конденсатор меньше, чем любой из ее компонентов.

Последовательное соединение конденсаторов

Эквивалентная емкость данного соединения —

1 / C_eq = ∑ 1 / С_i = 1 / С₁ + 1 / С₂ +… + 1 / C_n

Конденсаторы параллельно

На схеме представлены конденсаторы, включенные параллельно. На каждый конденсатор подается одинаковое напряжение. Здесь складываются емкости конденсаторов. Подключение емкости действует как сумматор.

Параллельное соединение конденсаторов

Эквивалентная емкость —

C_eq = ∑ С_i = C₁ + C₂ +… + C_n

Типы конденсаторов

На рынке доступно огромное количество типов конденсаторов, основанных на многочисленных классификационных параметрах. Тип диэлектрического материала, упаковка устройства и структура пластин являются одними из определяющих факторов для классификации типов конденсаторов.

Диэлектрический материал

Практически все типы конденсаторов имеют диэлектрическое вещество. Между двумя проводниками помещаются диэлектрические вещества, емкость заряда может быть увеличена. Лучше всего использовать материал с высокой диэлектрической проницаемостью или высоким пробивным напряжением в качестве диэлектрического материала.

Доступны различные диэлектрические материалы, такие как бумага, пластик, слюда, керамика, стекло, воздух и т. Д.

На основе диэлектрических материалов некоторые типы конденсаторов:

• Электролитический конденсатор
• Танталовый конденсатор
• Керамический конденсатор

Есть и другие типы, некоторые типы конденсаторов —

• Конденсатор, зависящий от напряжения
• Частотно-зависимый конденсатор
• Параллельный пластинчатый конденсатор
• Конденсатор развязки

Применение конденсаторов

Конденсаторы — одно из необходимых устройств, которые требуются почти для каждой электрической цепи. Он имеет множество приложений в различных областях. Некоторые из самых важных — 

Energy Storage

Конденсатор имеет свойство заряжаться и разряжаться. Он может накапливать энергию, когда он отключен от источника зарядки. Используя это свойство, конденсаторы можно использовать как аккумулятор или аккумулятор.

Суперконденсаторы могут принимать и заряжать быстрее, чем обычные батареи, и выдерживать более значительное количество циклов зарядки и разрядки, чем стандартные аккумуляторные батареи. Но он более обширный.

Количество заряда, накопленного в диэлектрическом слое, равно или превышает заряд, накопленный в пластине конденсатора.

Импульсная мощность

Конденсаторы используются в импульсных системах питания. В основном здесь используются группы больших, преимущественно сконструированных, конденсаторов высокого напряжения и малой индуктивности.

Блоки конденсаторов также используются в источниках питания для получения плавных выходных сигналов в полуволновом или двухполупериодном выпрямителях. Накопительные конденсаторы могут использоваться для зарядки насосных цепей.

Промышленное использование

Это помогает отвести и скрыть колебания тока от первичного источника, чтобы обеспечить чистый источник питания для цепей управления. Аудиосхемы также используют несколько конденсаторов.

Связь и развязка сигналов

Конденсаторы пропускают сигнал переменного тока, но блокируют сигналы постоянного тока. Вот почему конденсаторы используются для разделения цепей переменного тока. Этот процесс известен как «связь по переменному току» или «емкостная связь».

Разделительный конденсатор защищает одну область схемы от другой. Они используются в заземлениях. Они также известны как байпасный конденсатор. Разделительные конденсаторы используются для смещения транзисторов.

Память

Динамическая цифровая память для двоичных компьютеров может быть создана с использованием конденсаторов.

50 MCQ с ответными конденсаторами. Кликните сюда!

Классификация конденсаторов

Общие понятия

Конденсатор — это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком и предназначенный для использования его емкости.

Емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору.

C=q/u,

где С — емкость, Ф; q — заряд, Кл; и u — разность потенциалов на обкладках конденсатора, В.

За единицу емкости в международной системе СИ принимают емкость такого конденсатора, у которого потенциал возрастает на один вольт при сообщении ему заряда один кулон (Кл). Эту единицу называют фарадой (Ф). Для практических целей она слишком велика, поэтому на практике используют более мелкие единицы емкости: микрофараду (мкФ), нанофараду (нФ) и

пикофараду (пФ)

1Ф = 10 ⁶ , мкФ = 10⁹ , нФ = 10¹² пФ.

В качестве диэлектрика в конденсаторах используются органические и неорганические материалы, в том числе оксидные пленки некоторых металлов. Значения относительной диэлектрической проницаемости для некоторых материалов, используемых в конденсаторах, приведены в табл.

При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд; при этом затрачивается определенная работа, выражаемая в джоулях (Дж). Она равна запасенной потенциальной энергии W = CU²/2 Для сравнения конденсаторов используют удельные характеристики, представляющие собой отношение основных характеристик конденсатора к его объему V или массе m .

Таблица 1. Относительные диэлектрические проницаемости некоторых материалов

Материал	Er	Материал	Er
Воздух	1 ,0006	Конденсаторная бумага	3,5 — 6,5
Кварц	2,8	Триацетат и ацетобутират	3,5 — 4
Стекло	4 — 16	Поликарбонат	2,8 — 3
Слюда	6 — 8	Полиэтилентерефталат( лавсан )	3,2 —3,4
Стеклоэмаль	10 — 20	Полистирол	25
Стеклокерамика	15 -450	Полипропилен	2,2 — 2,3
Керамика	12 — 230	Политетрафторэтилен( фторопласт )	2 — 2,1
Сегнетокерамика	900 — 80000	Оксидные плёнки	10 — 46

Классификация конденсаторов

В зависимости от назначения конденсаторы разделяются на две большие группы: общего и специального назначения.

Группа общего назначения включает в себя широко применяемые конденсаторы, используемые практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др.

По характеру изменения емкости различают конденсаторы постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные. Из названия конденсаторов постоянной емкости вытекает, что их емкость является фиксированной и в процессе эксплуатации не регулируется.

По характеру изменения емкости: — постоянные; переменные; подстроечные. По способу защиты: — незащищенные; защищенные; неизолированные; изолированные; уплотненные; герметизированные. По назначению: — общего назначения; специального.

Конденсаторы переменной емкости допускают изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры.

Управление емкостью может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды) и температурой (термоконденсаторы). Их применяют для плавной настройки колебательных контуров, в цепях автоматики и т. п. Емкость подстроенных конденсаторов изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравни­вания начальных емкостей сопрягаемых контуров, для периодичес­кой подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначи­тельное изменение емкости и т. п.

В зависимости от способа монтажа, конденсаторы могут выполняться для печатного и для навесного монтажа, а также для использования в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жесткие или мягкие, аксиальные или радиальные из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в ви­де проходных шпилек, опорных винтов и т. п. У конденсаторов для микросхем и микромодулей, а также СВЧ конденсаторов в качестве выводов могут использоваться части их поверхности. У большинства типов оксидных, а также проходных и опорных конденсаторов одна из обкладок соединяется с корпусом, который служит вторым выво­дом.

Классификация конденсаторов по виду диэлектрика представлена в таблице:

C газообразным диэлектриком	Вакуумные
	Газонаполненные
	С воздушным диэлектриком
C оксидным диэлектриком	Помехоподавляющие
	Пусковые
	Импульсные
	Высокочастотные
	Неполярные
	Общего назначения
C неорганическимдиэлектриком	Низковольтные, типов; 1, 2, 3
	Высоковольтные, типов; 1, 2
	Помехоподавляющие
	Нелинейные
C органическим диэлектриком	Низковольтные низкочастотные
	Низковольтные высокочастотные
	Высоковольтные постоянного напряжения
	Высоковольтные импульсные
	Дозиметрические
	Помехоподавляющие

По характеру защиты от внешних воздействующих факторов конденсаторы выполняются: незащищенными, защищенными, неизолированными, изолированными, уплотненными и герметизированными.

Незащищенные конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры. Защищенные конденсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любого конструктивного исполнения.

Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без покрытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Напротив, изолированные конденсаторы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (компаунды, пластмассы и т. п.) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Уплотненные конденсаторы имеют уплотненную органическими материалами конструкцию корпуса.

Герметизированные конденсаторы

имеют герметичную конструкцию корпуса, который исключает возможность сообщения окружаю­щей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляется с помощью керамических и металлическихкорпусов или стеклянных колб.

По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком, который является также неорганическим, но в силу особой специфики характеристик выделен в отдельную группу.

Конденсаторы с органическим диэлектриком

Эти конденсаторы изготовляют обычно намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, пленок или их комбинации с металлизированными или фоль­говыми электродами.

Деление конденсаторов с органической изоляцией на низковольтные (до 1600 В) и высоковольтные (свыше 1600 В) носит чисто условный характер и не для всех типов строго соблюдается. Напри­мер, для бумажных конденсаторов границей деления является на­пряжение 1000 В.

По назначению и используемым диэлектрическим материалам низковольтные конденсаторы можно разделить на низкочастотные и высокочастотные.

С низкочастотным пленочным относятся конденсаторы на осно­ве полярных и слабополярных органических пленок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лакопленочные, поликарбонатные и полипропиленовые), тангенс угла диэлектрических потерь которых имеет резко выраженную зависимость от частоты.

Они способны работать на частотах до 10⁴—10⁵ Гц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей на­пряжения с увеличением частоты.

К высокочастотным пленочным относятся конденсаторы на осно­ве неполярных органических пленок (полистирольные и фторопластовые), имеющих малое значение тангенса угла диэлектрических потерь, не зависящее от частоты. Они допускают работу на частотах до 10⁵—10⁷ Гц. Верхний предел по частоте зависит от конструкции обкладок и контактного узла и от емкости. К этой группе относят и некоторые типы конденсаторов на основе слабополярной полипропи­леновой пленки.

Высоковольтные конденсаторы можно разделить на высоковольтные постоянного напряжения и высоковольтные импульсные.

В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют: бумагу, полистирол, политетрафторэтилен (фторопласт), полиэтилентерефталат (лавсан) и сочетание бумаги и синтетических пленок (комбинированные).

Высоковольтные импульсные конденсаторы в большинстве случаев делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков.

Основное требование, предъявляемое к высоковольтным конденсаторам, — высокая электрическая прочность. Поэтому часто прибегают к использованию комбинированного диэлектрика, состоящего, например, из слоев бумаги и пленки, слоев различных органических пленок и слоя жидкого диэлектрика (пропитанная конденсаторная бумага). Комбинированные конденсаторы обладают повышенной по сравнению с бумажными конденсаторами электрической прочностью, надежностью и имеют более высокое сопротивление изоляции.

Высоковольтные импульсные конденсаторы наряду с высокой электрической прочностью и сравнительно большими емкостями должны допускать быстрые разряды, т. е. пропускать большие токи. Следовательно, их собственная индуктивность должна быть малой, чтобы не искажать формы импульсов. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют конденсаторы бумажные, металлобумажные и комбинированные.

Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низким уровнем токовых нагрузок. Поэтому они должны обладать очень малым саморазрядом, большим сопротивлением изоляции, а следовательно, и большой постоянной времени. Лучше всего для этой цели подходят фторопластовые конденсаторы.

Помехоподавляющие конденсаторы предназначены для ослабления электромагнитных помех в широком диапазоне частот. Они имеют малую собственную индуктивность, в результате чего повышается резонансная частота и полоса подавляемых частот. Кроме того, для повышения безопасности обслуживающего персонала, помехоподавляющие конденсаторы должны иметь высокую электрическую прочность изоляции. Помехоподавляющие конденсаторы делают бумаж­ные, комбинированные и пленочные (в основном лавсановые).

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разделить на три группы: низковольтные, высоковольтные и Помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них используется керамика, стекло, стеклоэмаль, стеклокерамика и слюда. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесенного на диэлектрик путем непосредственном его металлизации, или в виде тонкой фольги.

Группа низковольтных конденсаторов включает в себя низкочастотные и высокочастотные конденсаторы.

По назначению они подразделяются на три типа:

• тип 1 — конденсаторы, предназначенные для использования в резонансных контурах или других цепях, где малые потерн и высокая стабильность емкости имеют существенное значение;
• тип 2— конденсаторы, предназначенные для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки или других цепях, где малые потери и высокая стабильность емкости не имеют существенно­го значения;
• тип 3 —керамические конденсаторы с барьерным слоем, предназначенные для работы в тех же цепях, что и конденсаторы типа 2, но имеющие несколько меньшее значение сопротивления изоляции и большее значение тангенса угла диэлектрических потерь, что ограничивает область применения низкими частотами.

Обычно конденсаторы типа 1 считаются высокочастотными, а типов 2 и 3 — низкочастотными. Определенной границы по частоте между конденсаторами типов 1 и 2 не существует. Высокочастотные конденсаторы работают в цепях с частотой до сотен мегагерц, а не­которые типы используют в гигагерцевом диапазоне.

Слюдяные и стеклоэмалевые (стеклянные) конденсаторы относятся к конденсаторам типа 1, стеклокерамические могут быть как типа 1, так и типа 2, керамические — трех типов.

Высоковольтные конденсаторы большой и малой реактивной мощности делаются в основном с диэлектриком из керамики и слюды. По назначению они могут быть типов 1 и 2 и так же, как низковольтные конденсаторы, они разделяются на высокочастотные и низкочастотные.

Основным параметром для высоковольтных низкочастотных конденсаторов является удельная энергия, поэтому керамику для них подбирают с большой диэлектрической проницаемостью. Для высокочастотных конденсаторов основным параметром является допустимая реактивная мощность. Она характеризует нагрузочную способность конденсатора при наличии больших напряжений высокой частоты. Для увеличения реактивной мощности, выбирают керамику с малыми потерями, а конструкцию и выводы конденсаторов рассчитывают на возможность прохождения больших токов.

Высоковольтные слюдяные конденсаторы делают фольговыми, так как они предназначены для работы при повышенных токовых нагрузках.

Помехоподавляющие конденсаторы с неорганическим керамическим диэлектриком разделяются на опорные и проходные. Их основное назначение — подавление индустриальных и высокочастотных помех, создаваемых промышленными и бытовыми приборами, выпрямительными устройствами и др., а также помех атмосферных и помех, излучаемых различными радиоэлектронными устройствами, т. е. по существу они являются фильтрами нижних частот. К этой группе, исходя из функционального назначения и конструктивного исполнения, условно можно отнести керамические фильтры.

Опорные конденсаторы — это конденсаторы, одним из выводов которых является опорная металлическая пластина с резьбовым креплением.

Проходные конденсаторы делают коаксиальными — один из выводов которых представляет собой токонесущий стержень, по которому протекает полный ток внешней цепи, и некоаксиальными — через выводы которых протекает полный ток внешней цепи.

Проходные керамические конденсаторы имеют конструкцию трубчатого или дискового типа в виде многослойных монолитных шайб.

Если в конденсаторах с целью повышения резонансной частоты принимаются меры к уменьшению собственной индуктивности, то в фильтрах, наоборот, к емкости добавляют внешнюю индуктивность (ферритовый сердечник) либо используют индуктивность выводов. При этом в зависимости от соединения емкости и индуктивности возможны следующие схемы включения: Г-образные, Т-образные и П-образные.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком (старое название — электролитические)

Они разделяются на конден­саторы: общего назначения, неполярные, высокочастотные, импульсные, пусковые и помехолодавляющие. В качестве диэлектрика в них, используется оксидный, образуемый электрохимическим путем на аноде — металлической обкладке из некоторых металлов.

В зависимости от материала анода оксидные конденсаторы подразделяют на алюминиевые, танталовые и ниобиевые. Второй обкладкой конденсатора — катодом служит электролит, пропитывающий бумажную или тканевую прокладку в оксидно-электролитических (жидкостных) алюминиевых и танталовых конденсаторах, жидкий или гелеобразный электролит в танталовых объемно-пористых конденсаторах и полупроводник (двуокись марганца) в оксидно-полупроводниковых конденсаторах.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком — низковольтные, с относительно большими потерями, но в отличие от других типов низковольтных конденсаторов имеют несравнимо большие заряды и большие емкости (от единиц до сотен тысяч микрофарад). Они используются в фильтрах источников электропитания, цепях  развязки, шунтирующих и переходных цепях полупроводниковых устройств на низких частотах и т. п.

Конденсаторы группы общего назначения имеют униполярную (одностороннюю) проводимость, вследствие чего их эксплуатация возможна только при положительном потенциале на аноде. Тем не менее, это наиболее распространенные оксидные конденсаторы. Они могут быть жидкостными, объемно-пористыми и оксидно-полупроводниковыми.

Неполярные конденсаторы с оксидным диэлектриком могут включаться в цепь постоянного и пульсирующего тока без учета полярности, а также допускать смену полярности в процессе эксплуатации.

Неполярные конденсаторы делают оксидно-электролитические (жидкостные) алюминиевые и танталовые и оксидно-полупроводниковые танталовые.

Высокочастотные конденсаторы (алюминиевые жидкостные и танталовые оксидно-полупроводниковые) широко применяются в источниках вторичного электропитания, в качестве накопительных и фильтрующих элементов в цепях развязок и переходных цепях полупроводниковых устройств в диапазоне частот пульсирующего тока от десятков герц до сотен килогерц. Отсюда следует, что понятие «высокочастотные» для оксидных конденсаторов относительное. По частотным характеристикам их нельзя сравнивать с конденсаторами на неорганической основе.

Для расширения возможностей использования оксидных конденсаторов в более широком диапазоне частот необходимо снижать их полное сопротивление. Это оказалось возможным при появлений совершенно новых конструктивных решений — четырехвыводных конструкций и плоской конструкции типа «книга», позволяющих их эксплуатацию на значительно более высоких частотах.

Импульсные конденсаторы используются в электрических цепях с относительно длительным зарядом и быстрым разрядом, например в устройствах фотовспышек и др. Такие конденсаторы должны быть энергоемкими, иметь малое полное сопротивление и большое рабочее напряжение. Наилучшим образом этому требованию удовлетворяют оксидно-электролитические алюминиевые конденсаторы с напряжением до 500 В.

Пусковые конденсаторы используются в асинхронных двигателях, в которых емкость включается только на момент пуска двигателя. При наличии пусковой емкости вращающееся поле двигателя при пуске приближается к круговому, а магнитный поток увеличивается. Все это способствует повышению пускового момента, улучшает характеристики двигателя.

В связи с тем что пусковые конденсаторы включаются в сеть переменного тока, они должны быть неполярными и иметь сравнительно большое для оксидных конденсаторов рабочее напряжение переменного тока, несколько превышающее напряжение промышленной сети. На практике используются пусковые конденсаторы емко­стью порядка десятков и сотен микрофарад, созданные на основе алюминиевых оксидных пленок с жидким электролитом.

В группу оксидных помехоподавляющих конденсатороввходят только проходные оксидно-полупроводниковые танталовые конденсаторы. Они так же, как и проходные конденсаторы других типов, выполняют роль фильтра нижних частот, но в отличие от них имеют гораздо большие значения емкостей, что дает возможность сдвигать частотную характеристику в область более низких частот.

Конденсаторы с газообразным диэлектриком. По выполняемой функции и характеру изменения емкости эти конденсаторы разделяются на постоянные и переменные. В качестве диэлектрика в них используется воздух, сжатый газ (азот, фреон, элегаз), вакуум. Особенностью газообразных диэлектриков являются малое значение тангенса угла диэлектрических потерь (до 10⁵) и высокая стабильность электрических параметров. Поэтому основной областью их применения является высоковольтная и высокочастотная аппаратура.

В радиоэлектронной аппаратуре из конденсаторов с газообраз­ным диэлектриком наибольшее распространение получили вакуумные. По сравнению с воздушными они имеют значительно большие удельные емкости, меньшие потери в широком диапазоне частот, более высокую электрическую прочность и стабильность параметров при изменении окружающей среды. По сравнению с газонаполненными, требующими периодической подкачки газа из-за его утечки, вакуумные конденсаторы имеют более простую и легкую конструкцию, меньшие потери и лучшую температурную стабильность; они более устойчивы к вибрации, допускают более высокое значение реактивной мощности.

Вакуумные конденсаторы переменной емкости обладают малым значением момента вращения, а масса и габариты их значительно ниже по сравнению с воздушными конденсаторами. Коэффициент перекрытия по емкости вакуумных переменных конденсаторов мо­жет достигать 100 и. более.

Вакуумные конденсаторы применяются в передающих устройствах ДВ, СВ- и KB диапазонов на частотах до 30—80 МГц в каче­стве контурных, блокировочных, фильтровых и разделительных конденсаторов, используются также в качестве накопителей в импульс­ных искусственных линиях формирования и различного рода мощных высоковольтных высокочастотных установка.

Как работают конденсаторы. Все, что вам нужно знать

Почти во всех электрических цепях есть хотя бы один конденсатор. Вместе с катушками индуктивности и резисторами конденсаторы составляют три основных компонента, очень полезных в электронике.

Знание принципа устройства конденсаторов и их работы поможет вам ориентироваться в электронике в целом.

Прочтите, чтобы узнать больше о конденсаторах.

 

Содержание

Что такое конденсаторы?

 

Рис. 1. Конденсаторы и микросхемы

 

Конденсатор представляет собой электрический компонент, используемый для хранения энергии в виде электрического заряда.

Типы практичных конденсаторов могут сильно различаться. Однако все конденсаторы содержат как минимум две пластины конденсатора (электрические проводники). Изолятор (диэлектрик) разделяет электрические пластины конденсатора.

Единица измерения емкости в системе СИ измеряет заряд конденсатора.

Строительство конденсации

Рисунок 2: Конденсаторы в пластингах

Обычно плиты по коньянкам должны быть проводящими пластинами и изготовленными из материалов, таких как Tantalum и Aluminum. С другой стороны, диэлектрический материал конденсатора может быть изоляционным стеклом, пластиком, керамикой или бумагой.

Основной функцией диэлектрического материала является обеспечение изоляции между пластинами конденсатора. Таким образом, он препятствует прохождению постоянного тока.

Функциональность конденсатора, емкость, измеряется в фарадах. Эффективная емкость прямо пропорциональна площади поверхности электрических пластин. Он также пропорционален диэлектрической проницаемости ε используемого изоляционного материала.

Следовательно, чем ближе расположены электрические пластины, тем выше емкость.

Имея в виду эту информацию, давайте копнем глубже, чтобы узнать о различных типах конденсаторов и методиках их использования.

Различные типы конденсаторов и их методы использования

Рисунок 3: Ремонт электроники

AIR

. конденсаторные пластины. Обычно воздушные конденсаторы имеют относительно небольшую емкость от 100 пФ до 1 нФ.

Из-за того, что воздух является диэлектрическим материалом, воздушный конденсатор представляет собой конденсатор большего размера для увеличения уровней емкости. Таким образом, его неблагоприятно использовать в большинстве электрических цепей. Воздушные конденсаторы распространены в схемах настройки радио.

 

Майлар

 

Это специальный конденсатор с уникальными характеристиками по сравнению с электролитическими и другими конденсаторами, такими как конденсаторы из пластиковой пленки. Конденсаторы из майлара могут выдерживать большие значения перепада напряжения в небольшом корпусе.

Более того, конденсаторы обладают высокой устойчивостью к внешним факторам, таким как влага. Часто производители используют конденсаторы майлара в схемах таймеров, таких как счетчики, будильники и часы.

 

Как работают конденсаторы— Стекло

 

Конденсатор со стеклянной пленкой, как правило, твердотельный, и обычно работает в диапазоне от 10 до 1000 пФ. Большинство стеклянных конденсаторов дороги; следовательно, они используются в прибыльных устройствах. Стеклянные конденсаторы подходят для высоковольтных приложений.

 

Как работают конденсаторы — Керамика

 

Исторически керамика была одним из первых изоляционных материалов, которые использовались в производстве конденсаторов.

Из-за таких факторов, как размер, электрические характеристики и паразитные емкостные эффекты, керамические конденсаторы имеют несколько геометрий. Примеры включают конденсаторы с барьерным слоем и керамические трубчатые конденсаторы.

Керамические конденсаторы подразделяются на два основных типа; керамические дисковые конденсаторы (CDC) и многослойные керамические конденсаторы (MLCC).

Производители используют технологию поверхностного монтажа для производства многослойных керамических конденсаторов. MLCC обычно меньше по размеру, что делает их удобными для использования в большинстве электронных схем.

MLCC обычно имеют емкость от 1 нФ до 1 мкФ. в некоторых случаях это значение может достигать 100 мкФ.

Кроме того, производители покрывают керамический диск серебряной пленкой с обеих сторон для получения CDC. Этот метод покрытия помогает уменьшить потери емкости CDC.

В результате паразитных эффектов, таких как индуктивность и сопротивление, керамические конденсаторы обеспечивают высокочастотную характеристику. Вы можете найти большинство керамических конденсаторов в высокочастотных цепях, таких как рентгеновские аппараты, аппараты МРТ и антенны.

Керамический конденсатор является распространенным типом конденсатора, который используется в различных схемах по всему миру.

Как работают конденсаторы- Суперкапациторы

Рисунок 4: Программа

Они являются потенциалами с электрохимическими уровнями. Производители могут классифицировать суперконденсаторы среди электролитических конденсаторов. В качестве альтернативы они описывают их как перезаряжаемые батареи, известные как ультраконденсаторы.

 

Как работает конденсатор？

 

Следовательно, металл электрически нейтрален.

Электрический ток (постоянный или переменный) протекает при подключении любого потока мощности к электрическим пластинам. Электроны движутся от батареи через положительную металлическую пластину к отрицательному металлическому проводу. Положительная пластина действует как положительная клемма, а отрицательная клемма действует как отрицательная клемма.

Диэлектрик между пластинами предотвращает прохождение электронов через конденсатор и их накопление на электрических приемниках.

Когда электроны насыщают электронные проводники, батарея теряет электрическую энергию, чтобы вставить больше электроники в конденсатор. Уже перемещенные электроны отталкивают новые. Поэтому конденсатор приобретает полный заряд.

Положительная пластина приобретает суммарный отрицательный заряд, а отрицательная пластина приобретает такой же положительный заряд. Следовательно, конденсатор имеет электрическое поле, удерживающее выступы на проводящих пластинах.

Примеры применения конденсаторов

Рис. 6: конденсаторы в электронном компоненте

ИСПРАВЛЕНИЯ (Шатра). ПРИМЕР. микросхема и источник питания.

Фильтруют помехи на выходе источников питания, например пульсации напряжения. Всякий раз, когда что-то прерывает подачу питания, шунтирующие конденсаторы обеспечивают подачу питания, следовательно, обход источника питания.

Конденсатор действует как источник питания при отключении основного источника питания. Это также полезно в случаях, когда есть потеря мощности.

 

Как работают конденсаторы — Фильтрация сигналов

 

Конденсаторы используют свои определенные периоды отклика, чтобы блокировать низкочастотные сигналы, но пропускают высокие частоты.

В радиоприемниках конденсаторы помогают отсеивать нежелательные частоты, кроме того, конденсаторы фильтруют частоты в низкочастотных динамиках.

 

Как работают конденсаторы. Конденсаторы для хранения электроэнергии

 

Хранение электроэнергии — еще одно важное применение конденсаторов. Конденсатор хранит относительно меньше энергии, чем небольшая батарея. Однако они служат значительно дольше и быстрее отдают электроэнергию. Следовательно, конденсаторы подходят для использования в цепях, требующих большого выброса энергии.

 

Заключение

 

Понимание состава конденсатора имеет ключевое значение для понимания режима его работы. Мы изложили все критические аспекты этих устройств.

Надеемся, что мы решили все вопросы, которые у вас возникали по поводу этих устройств. Если нет, не беспокойтесь. Вы можете связаться с нами в любое время, и мы ответим на все ваши вопросы.

 

 

Конденсаторы — Компоненты УЗО

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это электронное устройство, которое накапливает 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. Напряжение, подаваемое на пластины, создает электрическое поле на диэлектрике, которое заставляет пластины накапливать заряд. Заряд остается после отключения источника напряжения, что позволяет сохранять энергию до тех пор, пока конденсатор не разрядится (позволяя накопленной энергии выполнять работу).

Что такое емкость?

Емкость — это количество заряда, которое может накапливаться при заданном напряжении электрическим компонентом, называемым конденсатором.

Какие факторы влияют на емкость?

Размер проводящих пластин и диэлектрическая проницаемость изолирующего диэлектрического материала определяют емкость.

Как оцениваются конденсаторы? И почему это важно?

Конденсаторы оцениваются по емкости, рабочему напряжению, допуску, току утечки, рабочей температуре, эквивалентному последовательному сопротивлению и т. д.

На что влияет емкость?

Чем больше емкость конденсатора, тем дольше он заряжается и разряжается. Это означает, что для нарастания напряжения (зарядки) или падения (разрядки) требуется больше времени. Это делает емкость полезной для фильтрации небольших изменений напряжения, которые длятся лишь короткий промежуток времени, то есть высокочастотных переходных процессов.

Что такое паразитная емкость и почему она важна в электронных схемах?

Между любыми двумя проводящими материалами существует непреднамеренная (паразитная) емкость – чем ближе расстояние и размер, тем больше значение. Это необходимо учитывать при проектировании схемы, поскольку это может повлиять на скорость ее работы. Например, большой транзистор может обеспечить более быстрое переключение, но его больший размер означает, что между его выводами существует большая паразитная емкость, и это может снизить скорость цепи, управляющей им.

Конденсаторная схема, модель

Модель цепи конденсатора состоит из емкостных, индуктивных и резистивных элементов.

Модель цепи конденсатора состоит из последовательного резистивного элемента, представляющего омическое сопротивление проводящих элементов вместе с диэлектрическим сопротивлением.

Эффективная последовательная индуктивность (ESL) — это паразитная индуктивность в конденсаторе или резисторе.

Эффективное последовательное сопротивление (ESR) — это резистивная составляющая эквивалентной схемы конденсатора. Конденсатор можно смоделировать как идеальный конденсатор, соединенный последовательно с резистором и катушкой индуктивности. Сопротивление резистора равно ESR.

ЧТО ТАКОЕ СТАРЕНИЕ КОНДЕНСАТОРОВ? ЭТО ОБРАТИМО?

«Старение» относится к естественному процессу, при котором керамические конденсаторы X7R, X5R, Z5U и Y5V демонстрируют снижение емкости и коэффициента рассеяния с течением времени. Это вызвано постепенной перестройкой кристаллической структуры керамики. Чтобы обратить вспять этот эффект старения при хранении, детали можно «обезстарить», прокаливая их при +125ºC в течение 4 часов или от ½ до 1 часа при +150ºC. Это приведет к тому, что емкость деталей увеличится и вернется к своему первоначальному значению. Следует отметить, что детали, подвергшиеся старению, а затем подвергнутые воздействию температур выше точки Кюри (обычно +120ºC), например, пайке и температурному циклированию, могут немного подняться в цене. По мере снижения температуры ниже точки Кюри емкость постепенно возвращается к своим прежним значениям. Старение происходит со скоростью, которая уменьшается примерно линейно с логарифмом времени. NPO/C0G и танталовые конденсаторы имеют другую молекулярную структуру, которая практически не подвержена старению, и поэтому они остаются практически неизменными с течением времени.

 

Скорость старения в некоторой степени пропорциональна диэлектрической проницаемости или диэлектрической проницаемости материалов и обычно выражается в процентах на десятилетие в час (т. е. 1–10 часов, 10–100 часов, 100–1000 часов и т. д. Старение происходит сначала быстро, а затем гораздо медленнее с течением времени. Максимальные скорости старения следующие: %
(фактические ставки могут быть ниже)
 

Поскольку емкость быстро изменяется сразу после дестарения, измерения емкости задерживаются на 24 часа (так называемая «последняя плавка»).

НА ЧТО ВЛИЯЕТ НА НАПРЯЖЕНИЕ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ ИЛИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ КОНДЕНСАТОРОВ?

Параллельное : При параллельном подключении общая емкость равна сумме значений отдельных емкостей. При последовательном соединении общая емкость снижается до обратного уровня (прямо противоположного резисторам). Например, если три конденсатора емкостью 1,0 мкФ, 0,10 мкФ и 0,010 мкФ соединены параллельно, общая емкость будет равна:

 

C = C1 + C2 + C3 = 1,0 мкФ + 0,10 мкФ + 0,010 мкФ = 1,11 мкФ не равны. Если они равны, номинальное напряжение такое же, как у одиночного конденсатора.

 

Серия: Если те же три конденсатора соединены последовательно, сложите их обратные значения следующим образом:

 

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 = 1/1 мкФ + 1/0,1 мкФ + 1/0,01 мкФ = 1/0,009, поэтому C = 0,0090 мкФ

 

Номинальное напряжение последовательных конденсаторов равно сумме номинальных напряжений отдельных конденсаторов, если они имеют одинаковое значение. Если конденсаторы разной емкости и используются в цепи переменного тока, деление напряжения не будет одинаковым.

 

Делитель напряжения переменного тока: Емкостные делители могут использоваться с входными сигналами переменного тока. Поскольку входное напряжение постоянного тока не проходит через конденсаторы, случай постоянного тока не имеет значения. Формула для определения переменного выходного напряжения емкостного делителя выглядит следующим образом:

 

В _вых = (В _в * C1) / (C1 + C2)

 

Пример: В следующей схеме выходное напряжение будет: 0,050 мкФ + 0,010 мкФ) = 8,333 В переменного тока. Выходное напряжение, как правило, не зависит от входной частоты, однако, если реактивное сопротивление конденсаторов слишком низкое на интересующей частоте, допустимый выходной ток также будет очень низким.

КАКОВА ПОЛЯРНОСТЬ ДЛИННОЙ НОГИ КОНДЕНСАТОРА?

В танталовом конденсаторе с радиальными выводами (RCD серии TR) длинный вывод всегда является положительным или анодным выводом конденсатора. На конденсаторе также должна быть указана полярность. Исключением являются неполярные конденсаторы (например, керамические конденсаторы RCD серии CEA или CER), на которых не будет маркировки полярности. Неполярные конденсаторы могут по-прежнему иметь разную длину выводов, но это не указывает на какую-либо ориентацию полярности.

ПОЧЕМУ ЗНАЧЕНИЕ ЕМКОСТИ ИЗМЕНИЛОСЬ ПРИ ПОДАЧЕ НАПРЯЖЕНИЯ НА КЕРАМИЧЕСКИЙ КОНДЕНСАТОР?

Керамические конденсаторы класса 2 (X7R, X5R) и класса 3 (Y5V, Z5U) имеют проблемы, отсутствующие у конденсаторов класса 1 (NPO, COG) и пленочных конденсаторов, включая очень плохой температурный дрейф, высокий коэффициент емкости по напряжению. и высокий коэффициент рассеяния по напряжению (все они различны для переменного и постоянного тока), высокий частотный коэффициент емкости и значительная скорость старения. Конденсаторы класса 2 лучше всего подходят для связи (блокировки по постоянному току) и обхода источника питания. В основном они используются в линейных приложениях, где производительность и стабильность не имеют большого значения. Конденсаторы класса 3 следует использовать только для блокировки и обхода постоянного тока. Изменение емкости из-за старения, температурного коэффициента и коэффициента напряжения необходимо учитывать при использовании конденсаторов класса 2 или 3, особенно класса 3. Для достижения наилучших характеристик используйте детали с низким процентом номинального напряжения. Приложенное напряжение настолько сильно влияет на некоторые свойства, что эти конденсаторы обычно характеризуются не более чем 1 вольт переменного или постоянного тока. В таблице ниже показано, что происходит с емкостью при приложении постоянного напряжения к различным керамическим материалам. Емкость по отношению к напряжению переменного тока обычно имеет противоположный результат (емкость увеличивается в значении). Цифры являются приблизительными и несколько различаются в зависимости от значения емкости.

КАКОВЫ ТИПИЧНЫЕ ПРИЧИНЫ ОТКАЗОВ КЕРАМИЧЕСКИХ ЧИП-КОНДЕНСАТОРОВ?

Керамические конденсаторы достаточно надежны. Отказы обычно возникают в результате перегрузок по напряжению или механического воздействия. Наиболее распространенной причиной отказов в полевых условиях является высокая утечка (т. е. низкое сопротивление изоляции), обычно связанная с микротрещинами. Когда задействованы высокие уровни энергии, микротрещины могут привести к катастрофическому отказу. При более низких уровнях энергии поврежденные микросхемы могут продолжать функционировать в течение длительного времени. Оборудование для проверки цепей, как правило, идентифицирует только крышки с высоким уровнем утечки. Причина этого в том, что трещина (или, точнее, воздушный зазор в диэлектрике, образующийся в результате трещины) действует как конденсатор, что затрудняет обнаружение повреждения. Поскольку напряжение напряжения концентрируется в области трещины, это ухудшает объемное удельное сопротивление, вызывая со временем еще более высокие уровни утечки, особенно в условиях высоких температур и влажности.

 

Причинами трещин, как правило, являются механические напряжения (чрезмерное изгибание платы, удары/вибрация при обращении, тестировании, демонтаже панелей, давление захвата и установки и т.  д.) или термические напряжения (чрезмерная температура или продолжительность пайки, тепловое расширение) /несоответствие). В дополнение к проблемам, связанным с пользователем
Неисправности также могут быть вызваны:

• неправильной поверхностной проводимостью, т. е. попаданием флюса под чип или загрязнением внешней поверхности (чаще встречается в системах «без очистки»), что приводит к шунтирующим путям утечки.
• Сломанные выводы
• Высокие импульсные токи
• Старение – значение емкости обычно уменьшается в результате нормального процесса старения диэлектриков X5R, X7R, Z5U, Y5V.
• Изменения напряжения и температуры также могут оказывать существенное влияние на значение емкости этих диэлектриков, что приводит к временному смещению деталей за пределы номинального диапазона допуска
• Открытые/прерывистые паяные соединения из-за надгробного камня, плохой паяемости печатных плат или микросхем, выщелачивания контактного покрытия, размещения чипа или пайки, соединений холодной пайки и т. д.
• Неправильное обращение или обработка производителем конденсатора может привести к трещинам или пустотам в диэлектрике.
• Неправильная маркировка или сортировка по производителю

Примечание. Нередки случаи, когда узловой анализ с помощью оборудования ICT (внутрисхемное тестирование) ошибочно характеризует чип-конденсатор как несоответствующий, когда на самом деле неисправен другой компонент.

ЧТО НА САМОМ ДЕЛЕ ПРЕДСТАВЛЯЕТ КАЖДЫЙ СИМВОЛ В «X7R», «Z5U» И Т. Д.?

3-значные обозначения описывают, как определенный тип керамического конденсатора будет работать в заданном диапазоне температур. См. разбивку в следующей таблице. Код был присвоен Ассоциацией электронной промышленности (EIA).

.

В = +22/-82%

Самая низкая рабочая температура	Высокая рабочая температура	Максимум. 0429
		Без смещения DC	at 50%.	R = +15/-15%
Z = +10ºC	7 = 125ºC	S = +22/-22%	S = +22/ -22%
Y = -30ºC	8 = 150ºC	U = +22-56%	U = +22-56%

Прецизионные конденсаторы обозначаются как COG (также известные как NPO), что указывает на температурный коэффициент для наихудшего случая 30 частей на миллион/°C (0,003%/°C).

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ КОНДЕНСАТОР, ЕСЛИ Я НЕ ЗНАЮ НОМЕР ДЕТАЛИ УЗО?

1. Сообщите номер детали конкурента или, если он недоступен, сообщите, является ли это обычной деталью со сквозным отверстием (аксиальной, радиальной или дисковой) или для поверхностного монтажа.