19302

Конденсаторы. Система условных обозначений и маркировки конденсаторов

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Лекция № 5 Конденсаторы 1. Классификация основные электрические характеристики и параметры 2. Система условных обозначений и маркировки конденсаторов 1. Классификация и основные характеристики Основные понятия Конденсаторы лат Condenso сгущать уплотнят...

Русский

2013-07-11

163 KB

38 чел.

Лекция № 5 Конденсаторы

1. Классификация, основные электрические характеристики и параметры

2. Система условных обозначений и маркировки конденсаторов

1.  Классификация и основные характеристики

Основные понятия

Конденсаторы (лат, Condenso -  сгущать, уплотнять) относятся к массовым изделиям (деталям) электронной техники. Электрический конденсатор представляет собой два проводника (обкладки), разделенных диэлектриком или полупроводником.  Конденсаторы применяются в РЭА в качестве деталей, обладающих сосредоточенной электрической емкостью. Конструкция конденсатора обеспечивает полное сосредоточение поля в промежутке между обкладками и его практически полное отсутствие в окружающем пространстве.

Классификация конденсаторов.

По характеру изменения емкости все конденсаторы подразделяются на постоянные и переменные. У постоянных конденсаторов величина емкости (в пределах оговоренных значений) остается неизменной при эксплуатации в течение всего срока службы. У переменных конденсаторов конструкция позволяет изменять взаимное положение пластин и по заданному закону изменять величину их емкости в процессе регулировки аппаратуры после ее изготовления или ремонта, а также в процессе эксплуатации аппаратуры. Выделяют  также подстроечные конденсаторы. Их емкость изменяется при разовой или периодической регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры.

По материалу диэлектрика конденсаторы разделяют на следующие группы:

с газообразным (воздушным, вакуумным) диэлектриком;

керамические;

стеклянные;

стеклокерамические;

тонкопленочные с неорганическим диэлектриком (слюдяные, бумажные (фольговые и металлизированные));

тонкопленочные с органическим диэлектриком (полистирольные, полиэтилентерефталатные, поликарбонатные, полипропиленовые, фторопластовые, лакопленочные,   комбинированные);

0ксидные (электролитические, полупроводниковые, объемно-пористые);

сегнетокерамическим диэлектриком.

По назначению конденсаторы разделяют на следующие группы:

конденсаторы общего назначения;

прецизионные конденсаторы;

высокочастотные и импульсные конденсаторы;

высоковольтные конденсаторы;

переменные (подстроечные) конденсаторы.

Рассмотрим основные электрические характеристики конденсаторов.    

Номинальная емкость. Допустимое отклонение емкости от  номинальной. Удельная емкость. 

Номинальные емкости конденсаторов  постоянной емкости стандартизованы.  С целью упорядочения  номенклатуры конденсаторов (как и резисторов) в соответствии с рекомендациями Международной Электротехнической Комиссии  (МЭК) государственными стандартами установлены так называемые   параметрические   ряды E, являющиеся рядами геометрической прогрессии (см. лекцию 2.1). Всего таких рядов семь: Е3, Е6, E12, Е24, Е48, Е96, E192; цифра в наименовании ряда означает количество чисел в нем. Наиболее часто на практике пользуются числами рядов Е6, E12, Е24.

Фактическая емкость конденсатора может отличаться от номинальной не больше чем на допустимое отклонение - допуск. По величине допустимого отклонения емкости от номинальной конденсаторы разделяются на следующие основные классы точности 001 (±0,1); 002 (±0,2); 005 (±0,5); 00 (±1); 0 (±2); 1 (±5); 2 (±10); 3 (±20); 4 (10...0); 5 (20...30); 6 (20...60),  В скобках указан допуск в %. На конденсаторах очень малых емкостей допуск указывается в пикофарадах,

Для сравнения конденсаторов между собой пользуются понятием удельной емкости Cуд = С / V, где V - активный объем диэлектрика.  Максимальной удельной емкостью обладают конденсаторы с наибольшей величиной диэлектрика при минимальной его толщине. Максимальной удельной емкостью обладают оксидные конденсаторы, минимальной - воздушные (вакуумные).

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ).  Зависимость емкости от температуры, как правило, нелинейная и нередко довольно сложная, ибо при изменении температуры происходит изменение величины  диэлектрика, площади обкладок и зазоров между ними и диэлектриком. Однако для некоторых типов конденсаторов в диапазоне рабочих температур эта зависимость близка к линейной. К таким конденсаторам относятся воздушные, слюдяные, высокочастотные керамические, полистироловые, фторопластовые и др. Для них характерно обратимое изменение емкости, т. е. возвращение значения емкости к  первоначальному после прекращения температурного воздействия. Такое обратимое изменение емкости характеризуется   температурным   коэффициентом    емкости.  

Относительное изменение емкости при изменении температуры окружающей  среды на один градус Цельсия (Кельвина) называется температурным коэффициентом емкости (ТКЕ). 

ТКЕ конденсаторов определяется в основном типом диэлектрика и находится в интервале значений ±30 106 1/°С у лучших керамических и слюдяных конденсаторов до ±104 106 1/°С у оксидных. ТКЕ нормируется  в пределах от +120 106 1/°С до 3300 106 1/°С, а если он превышает эти величины -  указывается интервал рабочих температур.

Пробивное напряжение -  это значение напряжения, при котором наступает электрический пробой изоляции конденсатора при  постепенном увеличении напряжения  на его обкладках.  Напряжение близкое к пробивному, называется испытательным. Оно определяет электрическую прочность конденсатора. Электрическая прочность конденсатора уменьшается с увеличением емкости конденсатора, повышением температуры, давления,  влажности  и зависит от условий теплоотдачи и однородности материала.

Номинальное  рабочее напряжение  UНОМ конденсатора - предельно  допустимое напряжение постоянного тока (для не которых типов конденсаторов - сумма напряжений постоянного и переменного токов), при котором конденсатор может работать в течение гарантируемого срока службы при максимально допустимой рабочей температуре. Номинальное рабочее напряжение постоянного тока устанавливается с соответствующим запасом по отношению к электрической прочности диэлектрика, что практически исключает в течение гарантируемого срока службы старение конденсатора.

Допустимые значения амплитуды напряжения переменного тока UMAX   выбираются такими, чтобы в конденсаторе не возникали вызывающие его перегрев явления ионизации. При этом следует учитывать допустимую реактивную мощность, развиваемую в конденсаторе,

PQ = 2  f C U2MAX  sin

где   - угол сдвига фаз между напряжением и током.

Полагая в этой формуле sin 1. Получаем

UMAX = (PQ /2  f C ) 1/2

откуда следует, что допустимая амплитуда переменного напряжения UMAX на конденсаторе уменьшается с ростом частоты. Для различных  конденсаторов, применяемых в РЭА, PQ = 5...150 ВАР, допустимая амплитуда UMAX меньше   номинального рабочего напряжения в 1,5...2 раза. Если конденсатор работает в цепи пульсирующего   тока, то должно выполняться  следующее обязательное условие: UНОМ = U + UMAX, где U -  постоянная составляющая пульсирующего напряжения.     

Для отбраковки конденсаторов с невысокой электрической прочностью заводыизготовители проверяют конденсаторы  испытательным  напряжением UИСП = (1,1...3) UНОМ в течение короткого времени (около 10 с). Естественно, что испытательное напряжение должно быть несколько ниже пробивного напряжения конденсатора.

Рабочее напряжение - это такое значение напряжения, при котором конденсатор эксплуатируется в РЭА.  Рабочее напряжение  конденсатора обычно выбирают ниже номинального.      

Сопротивление изоляции зависит от материала  диэлектрика из = U / I, где    из   сопротивление изоляции конденсатора, Ом; U  напряжение на его обкладках, В.      

Значение сопротивления изоляции характеризует ее качество. После окончания процесса заряда конденсатора проходящий через него ток принимает некоторое конечное значение, называемое   током  утечки. Его величина обусловлена наличием в диэлектрике свободных ионов (реже - электронов), полупроводящих включений, а также проводимостью участка между выводами конденсатора. Минимально допустимые при комнатной температуре значения сопротивления изоляции Rиз МОм составляют:

  1.   для низкочастотных керамических конденсаторов - 102...103;
  2.   для высокочастотных керамических - 104;
  3.   для слюдяных - 7,5 103...5 104;
  4.   для пленочных  и металлопленочных - 108;
  5.   для бумажных - 5 103...105;
  6.   для металлобумажных - 2 103...5 104;
  7.   для оксидных конденсаторов основной характеристикой  электрической изоляции является ток утечки,  величина которого может быть от долей микроампера (танталовые  конденсаторы) до нескольких миллиампер (алюминиевые конденсаторы).

Наличие  сопротивления Rиз конечной величины приводит к возникновению саморазряда конденсатора. Если конденсатор был заряжен до напряжения на его обкладках Ucмах, то после отключения источника ввиду наличия тока утечки начнется саморазряд и напряжение на обкладках и. uc(t)  с течением времени начнет убывать по экспоненте:

uC(t)=UCMAX exp(-t / K)

где K - постоянная времени конденсатора, представляющая собой отрезок времени, по истечении которого напряжение на его обкладках уменьшится в e=2,72 раза, т.е. составит

uC(t= K)= 0,37 UCMAX.

Так, например, если C=1 мкФ, RИЗ=10 9 Ом, то K =10 3  с,  т.е. напряжение на обкладках заряженного конденсатора с высоким сопротивлением изоляции будет убывать медленно. Теперь  становится очевидным, почему в инструкции по эксплуатации высоковольтной РЭА в целях безопасности запрещается вскрывать  блоки сразу после выключения питания. С этой же целью многие  высоковольтные устройства снабжаются специальными разрядными приспособлениями, с помощью которых осуществляется разряд  конденсаторов аппаратуры перед ее вскрытием.

Величина RИЗ зависит не только от свойств материала диэлектрика, но и от особенностей конструкции конденсатора. Чем  больше расстояние между выводами конденсатора по поверхности  его наружной изоляции, тем выше сопротивление RИЗ, которое  в основном определяет потери в конденсаторе на низких частотах. Кроме герметизации, для сохранения высокого значения RИЗ в процессе эксплуатации поверхность конденсатора часто  покрывают глазурями и кремнийорганическими лаками, уменьшающими адсорбционную способность наружной изоляции. Часто в  конструкции поверхности конденсаторов, особенно высоковольтных, предусматривают недоступные для прикосновения руками  шейки, которые в условиях влажной и загрязненной внешней среды препятствуют возникновению на поверхности трекинга.

Потери  энергии в конденсаторе определяются потерями в диэлектрике и обкладках. При протекании переменного  тока через  реальный  конденсатор векторы тока и напряжения  сдвинуты  на угол  КОНД. Угол   КОНД называется углом диэлектрических  потерь (или углом  потерь конденсатора). При отсутствии потерь  КОНД = 0. Заметим, что всегда tg КОНД  больше tg   материала его диэлектрика. Часто для количественной оценки качества конденсатора пользуются понятием его  добротности QКОНД = 1 / tg КОНД, которая у современных конденсаторов может достигать нескольких тысяч.

Потери энергии конденсатора, Вт, в цепи переменного тока подсчитывают  по формуле

P R = 2  f tg КОНД 2 / C,

где U  действующее  напряжение, приложенное  к конденсатору,  В; f  частота   синусоидального тока, Гц; C   емкость конденсатора,  Ф; tg КОНД -  тангенс угла потерь.

Тангенс угла потерь зависит от параметров диэлектрика (у слюдяных и керамических  конденсаторов tg  = 0,0025, у  оксидных -  на два порядки выше).

Собственная Индуктивность. Максимальная рабочая частота.

Реальный конденсатор обладает не только емкостью C, но и активным сопротивлением RК  и индуктивностью LК, т.е. представляет собой  сложную электрическую цепь, которую с тем или иным приближением можно отобразить эквивалентной схемой. Упрощенная эквивалентная схема конденсатора показана на рисунке (кадр 1).

Индуктивность конденсатора  LК  определяется конструкцией   его выводов и обкладок. Чем тоньше и длиннее проводники выводов конденсатора и чем больше   обкладки, тем больше LК.  При монтаже высокочастотных  схем следует оставлять выводы   настолько короткими, насколько     позволяют технические условия   на конденсатор. Сказанное, между прочим, относится и к другим радиодеталям. Если конденсатор имеет длинные обкладки, свернутые в спираль, как у сухих оксидных алюминиевых конденсаторов, индуктивность его  существенно возрастает.

При частоте тока в цепи с  конденсатором f0=1 / (2   (LК С) 1/2) наступает  резонанс и полное сопротивление конденсатора Z становится  минимальным и равным сопротивлению потерь К. При частоте < f0 сопротивление конденсатора имеет емкостный характер, т.е. он может выполнять  свои функции, а при > f0  - индуктивный. Максимальная  рабочая частота, на которой целесообразно использовать конкретный конденсатор, должна удовлетворять условию  fРАБ MAX <  f0  / 3.  Собственная индуктивность LК  подавляющего большинства применяемых в РЭА конденсаторов лежит в пределах 0,1...50 мкГн, что соответствует fMAX д=5000...50 МГц (для конденсаторов емкостью не выше сотен пикофарад). Наибольшей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы, наименьшей - высокочастотные керамические.

Рассмотрим основные разновидности конденсаторов, применяемых в РЭА в качестве дискретных деталей.

Диэлектрические конденсаторы постоянной емкости

Конденсаторы постоянной емкости работают в РЭА в самых разнообразных режимах, что обусловливает большое количество их типов, выпускаемых промышленностью. Характеристики конденсаторов определяются свойствами их диэлектриков, а также конструктивными особенностями. Все конденсаторы постоянной емкости можно подразделить на низковольтные  (UНОМ < 1600 В), высоковольтные (UНОМ > 1600 В), низкочастотные (для работы на частотах до десятков килогерц) и высокочастотные. К диэлектрическим конденсаторам постоянной емкости относятся бумажные и металлобумажные, пленочные и металлопленочные, слюдяные, стеклянные и стеклоэмалевые, керамические.

В качестве диэлектрика бумажных (бумажно-фольговых) конденсаторов применяется конденсаторная бумага в два-три слоя, а обкладки выполняются из тонкой алюминиевой фольги (кадр 2). Чтобы устранить опасность пробоя конденсатора из-за наличия в бумаге посторонних проводящих включений, обычно между фольгой прокладывают два-три слоя бумаги. При этом увеличивается надежность конденсатора, так как вероятность того, что дефектные участки в двух или трех слоях конденсаторной бумаги окажутся друг над другом, ничтожно мала.

Для повышения электрической прочности, увеличения диэлектрической проницаемости, защиты от воздействия влаги, а также   для уменьшения старения конденсаторы подвергают пропитке с   последующей герметизацией.

Бумага, используемая в качестве диэлектрика, представляет   собой материал с полярными молекулами и обладает дипольно-релаксационной поляризацией. Диэлектрические потери в ней зависят от температуры и частоты. При увеличении   частоты переменного тока максимум потерь смещается в область   комнатных температур, при которых в большинстве случаев работает современная РЭА, что ограничивает рабочую частоту бумажных конденсаторов несколькими мегагерцами.

Кроме того, бумажные конденсаторы с длинными обкладками,  свернутыми в спираль, обладают большой собственной индуктивностью. Для ее уменьшения один слой фольги несколько смещают по отношению к другому (кадр 3). Выступающую фольгу  по торцу опаивают, в результате чего витки спирали оказываются электрически замкнутыми между собой и индуктивность конденсатора резко уменьшается.

Основное применение бумажные  конденсаторы находят в фильтрах источников питания РЭА, ибо  в них большое значение tg  не играет существенной роли. Малогабаритные конденсаторы могут использоваться в фильтрах на  частотах до нескольких мегагерц.

В ряде случаев на смену бумажным приходят   металлобумажные          конденсаторы, обкладки которых выполняются  в виде слоя металла (цинка, реже алюминия или никеля) толщиной до сотых долей микрометра, наносимого на бумагу методом  испарения в вакууме (кадр 4).

Металлобумажные конденсаторы самовосстанавливаются после  электрического пробоя. Самовосстановление становится возможным потому, что запасенной в конденсаторе или поступающей к  нему извне электрической энергии оказывается достаточно для  испарения тонкого слоя металла в месте пробоя и обособления  тем самым поврежденного участка от остального металлического  покрытия. Наилучшими свойствами самовосстановления обладают  конденсаторы с цинковым покрытием. Эффект самовосстановления  позволяет изготовлять металлобумажные конденсаторы с одним  слоем бумаги, что в сочетании с малой толщиной обкладок позволяет в пять-семь раз уменьшить их габариты по сравнению с  бумажными конденсаторами той же емкости и одинакового рабочего напряжения.

Металлобумажные конденсаторы, как и обычные бумажные, подвергают пропитке и герметизации. Они могут работать в сложных атмосферных условиях, при сильных вибрациях и ударных нагрузках. Однако по сравнению с бумажными у них меньше сопротивление изоляции и  больше tg , особенно при повышенной рабочей температуре (кадр 5).

Более высокими электрическими параметрами обладают пленочные, металлопленочные, стеклянные и стеклоэмалевые конденсаторы.

У высокочастотных пленочных конденсаторов диэлектриком служат полиэтилен (пленка часто носит название стирофлекс), полистирол и фторопласт4, а у низкочастотных - лавсан и поликарбонат в виде пленки толщиной 5...40 мкм. Обкладки толщиной 6...7 мкм изготовляются из алюминия. Все эти конденсаторы, за исключением фторопластовых, выпускаются только низковольтными (U < 1600 В), их конструкция аналогична конструкции бумажных конденсаторов (кадр 6, 7).  Для устранения воздушных включений между слоями диэлектрика и фольгой и обеспечения монолитности конденсаторов их подвергают специальной термической обработке - запеканию. Пленочные фторопластовые конденсаторы могут работать  при температуре до +200°С.

В металлопленочных конденсаторах (полистироловых и фторопластовых)  обкладки выполнены так же, как и в металлобумажных.  При тех же преимуществах, однако, они выдерживают меньшее число  пробоев.

Применение  комбинированного диэлектрика (например, лавсан + бумага) существенно повышает электрическую прочность, сопротивление  изоляции и надежность конденсатора. Комбинированные  конденсаторы выпускаются как низковольтными, так и высоковольтными  на рабочее напряжение до 50 кВ (кадр 8).

В  слюдяных  конденсаторах в качестве диэлектрика чаде всего применяется высококачественная природная слюда мусковит. Так как пластинки слюды имеют ограниченные размеры, то диэлектрик конденсатора оформляется в виде пакета (кадр 9).Обкладки изготовляются из фольги, а в более высококачественных конденсаторах - в виде тонкого слоя металла, нанесенного на слюду методом вжигания или испарения в вакууме.

Ввиду высокой гигроскопичности слюды конденсаторы защищают от влаги. Вначале с этой целью конденсаторы спрессовывались  в пластмассу, а в последнее время стала применяться их герметизация. Некоторые из таких конденсаторов показаны на (кадр 10).

Со слюдяным диэлектриком изготовляются прецизионные (precision - точность) конденсаторы, контурные, блокировочные, высоковольтные (до 60 кВ) и др. Отличительными особенностями слюдяных конденсаторов являются малые потери на высоких частотах, высокие пробивное напряжение и сопротивление (кадр 11). Общий их недостаток - довольно высокая стоимость.

Для  изготовления стеклянных конденсаторов используют  пластинки из щелочного стекла, которые укладывают в пакет,  чередуя с фольгой,  и затем весь пакет подвергают спеканию. По своим свойствам и конструкции они близки к слюдяным конденсаторам, выдерживают температуру до +200°С, однако имеют  напряжение UНОМ   500 В.

Для изготовления стеклоэмалевых конденсаторов применяют  размельченную  стеклоэмаль, слои которой чередуют со слоями  серебряной пасты с  последующим спеканием этой структуры. Конденсаторы выдерживают рабочую температуру до +100°С  и выпускаются низковольтными и высоковольтными. По структуре близки  к ним стеклокерамические конденсаторы, допускающие рабочую  температуру до +200°С, в которых диэлектриком служит спекаемая  смесь из порошка обожженной керамики и 20..30% легко плавкой стеклоэмали.

Керамические  конденсаторы являются самыми распространенными в РЭА, построенной на дискретных деталях. На их керамическую основу методом вжигания наносят обкладки в виде тонких слоев серебра, к которым припаивают выводы конденсатора. Так как метод вжигания серебра широко используется в производстве различных деталей и компонентов РЭА, то кратко поясним его сущность. На поверхность отожженной керамики наносят слой пасты, состоящей из углекислого серебра Ag C O3, окиси висмута Pb2 O3 - и борнокислого свинца РЬ B4 O4, в растворе канифоли и скипидара. При обжиге конденсатора при температуре около 800 °C канифоль и скипидар выгорают, металлическое серебро восстанавливается, образуя тонкий слой, прочно сцепленный с поверхностью керамики.

Конструктивное оформление керамических конденсаторов весьма разнообразно. Внешний вид некоторых низковольтных и высоковольтных  конденсаторов показан на (кадр 12...15). Высоковольтные керамические конденсаторы выпускаются на рабочее напряжение до 20 кВ.

Керамические конденсаторы хорошо работают в цепях постоянного и переменного тока и в импульсном режиме. Основное  применение они находят в высокочастотных цепях в качестве  контурных, термокомпенсирующих, блокировочных, разделительных и др. В зависимости от величины и знака ТКЕ производится окраска корпуса конденсатора и его маркировка различными цветами.

У оксидных конденсаторов постоянной емкости диэлектриком  служит оксидный слой, образованный на поверхности металла. В  технической литературе часто встречается прежнее название  таких конденсаторов - электролитические, запрещенное к дальнейшему  применению ГОСТ 21415-75. Этот запрет имеет своей  целью унифицировать название всех конденсаторов постоянной  емкости по виду их диэлектрика. Электролит же в таких конденсаторах диэлектриком не является.

Оксидные конденсаторы являются низкочастотными и предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока в сглаживающих фильтрах выпрямителей переменного тока в постоянный и в развязывающих фильтрах.

В процессе электрохимического окисления ряда металлов на них образуются оксидные слои с униполярной, односторонней (лат. unus  - один) проводимостью. Оксидный слой может в некоторых случаях образоваться на поверхности металла и при его контакте с электронным полупроводником. Металлы, допускающие образование оксидного слоя, называются вентильными. Среди них на сегодняшний день техническое значение имеют алюминий (образует оксидный слой  Al2 O3), тантал (Ta2 O5) и ниобий (Nb2 O5) .

Поясним сущность униполярной проводимости на примере работы оксидного слоя Al2 O3, используемого в качестве диэлектрика в алюминиевых оксидных конденсаторах.     Согласно современным представлениям на границах оксидного слоя образуются тонкие прослойки с повышенной проводимостью: у границы оксидного слоя с металлом    прослойка с проводимостью  n -типа (вследствие избытка электронов), у границы с электролитом - прослойка с проводимостью   p типа (из-за избытка ионов кислорода). Между ними располагается слой с собственной проводимостью  i типа (в основном ионной). Таким образом, создается pin переход, свойствами которого и объясняется униполярная проводимость оксидного слоя.

Оксидный слой, постоянно находясь в контакте с электролитом, получает (когда конденсатор находится под напряжением) от него кислород и все время восстанавливается, т.е. происходит его формовка, причем этот слой будет тем толще, чем выше рабочее напряжение конденсатора. В процессе хранения конденсатора оксидный слой постепенно разрушается, а это означает, что после длительного хранения конденсатор нельзя сразу включать на полное рабочее напряжение.

Оксидный слой создается на пластине, являющейся анодом конденсатора. Поэтому в зависимости от материала анода оксидные конденсаторы подразделяют на алюминиевые, танталовые и ниобиевые.

Оксидные конденсаторы при рабочих напряжениях до 100 В по удельной емкости превосходят все другие типы конденсаторов. Это объясняется малой толщиной диэлектрика - оксидного слоя (0,01...1,5 мкм), его относительно высокой диэлектрической проницаемостью (для Al2 O3   = 10, для Ta2 O5    = 27, для Nb2 O5     = 45),  большой  эффективной площадью обкладок, достигаемой путем их травления или использования объемно-пористых анодов, и высокой допустимой рабочей напряженностью электрического поля в рабочем  слое (для Al2 O3  EДОП   5 10 6 В/см).

Максимально допустимая  напряженность поля в диэлектрике EДОП  =  UДОП  / d, UДОП  -  максимально допустимое напряжение, подводимое к обкладкам конденсатора; d -толщина диэлектрика для плоского конденсатора

C =   S / d = EДОП     S / UДОП  ,

т.е. при прочих равных условиях повышенное значение емкости можно получить в том конденсаторе, где электрическая прочность диэлектрика выше, ибо в этом случае можно уменьшить толщину диэлектрика.

Оксидные конденсаторы относятся к категории полярных, т.е.  они могут работать только при определенной полярности постоянного или пульсирующего напряжения. В полярных конденсаторах  на поверхность анода, являющегося одной обкладкой конденсатора, наносится диэлектрик - оксидный слой. Другой обкладкой является электролит, а катод служит лишь выводом от электролита. При изменении полярности или включении конденсатора в цепь переменного тока он выходит из строя ввиду разрушения оксидного слоя. Однако существуют не находящие применения в  специальной РЭА неполярные конденсаторы (например, алюминиевые К50-6 и танталовые К52-8) с двумя анодами, на каждом из которых имеется оксидный слой. Эти конденсаторы можно использовать в цепях переменного тока.

Оксидные конденсаторы подразделяют на высоковольтные с  рабочим напряжением 250...450 В и емкостью до нескольких сотен микрофарад и низковольтные с рабочим напряжением 6...60 В  и емкостью до нескольких тысяч микрофарад. К высоковольтным  относятся алюминиевые конденсаторы, а к низковольтным - танталовые и оксидно-полупроводниковые конденсаторы.  На (кадре 16) показано устройство различных конденсаторов.  Рассмотрим их особенности.

   Алюминиевые конденсаторы - первые оксидные конденсаторы. В настоящее время они применяются лишь в наземной специальной РЭА. В бортовой аппаратуре им на смену пришли более современные танталовые и оксиднополупроводниковые конденсаторы.

На практике применяются так называемые сухие алюминиевые конденсаторы. Анод конденсатора изготовляется из алюминиевой фольги толщиной 50...150 мкм, содержащей около 99,99% чистого алюминия, которая подвергается оксидированию. К неоксидированной ее стороне подсоединяется вывод  положительного полюса конденсатора. Катодная неоксидированная фольга  имеет толщину 7..16 мкм и в ней допускается содержание примесей до 0,4%. Она является отрицательным полюсом конденсатора и в подавляющем большинстве случаев подсоединяется к его корпусу с помощью вывода. Для прокладки между двумя лентами фольги применяются специальные сорта бумаги иди хлопчатобумажной ткани, пропитанной электролитом, в качестве которого обычно применяют смесь борной кислоты H3 B O3, аммиака N H3,  и этиленгликоля CH2 OH CH2 OH. В малогабаритных алюминиевых конденсаторах в качестве катодной пластины используется оловянносвинцовая фольга, не окисляющаяся в сухом электролите.

Большинство алюминиевых конденсаторов могут работать при температуре до 60°С. По допустимому значению отрицательной рабочей температуры алюминиевые конденсаторы делятся на следующие группы: H - неморозостойкие (до 10°С),  M - морозостойкие (ло 40°С), ПМ - повышенной морозостойкости (до 50°С и ОМ - особо морозостойкие. При заданных величинах емкости и рабочего напряжения более морозостойкие конденсаторы имеют  увеличенные габариты.

Емкость алюминиевого конденсатора в нормальных условиях  может отличаться от номинальной на 20...+50 %.    При понижении  окружающей температуры емкость может уменьшаться почти вдвое,  а при повышении температуры до предельного рабочего значения - возрасти на 20...50 %.  Параметры алюминиевых конденсаторов изменяются при повышении частоты переменной  составляющей приложенного к ним пульсирующего напряжения: емкость на частоте 5 кГц может составлять несколько процентов номинальной емкости, а на частоте 10 кГц конденсаторы практически теряют емкость. С понижением температуры и увеличением частоты переменной составляющей подводимого напряжения в алюминиевых конденсаторах резко возрастают потери.

К основным достоинствам алюминиевых конденсаторов относятся их сравнительно невысокая стоимость и возможность реализации больших емкостей (до нескольких тысяч микрофарад).  Существенными их недостатками являются значительный ток утечки, большие потери (tg  может достигать 0,4, низкие точность и стабильность емкости, чувствительность к перенапряжениям и перепадам температур, малая допустимая величина переменной составляющей рабочего напряжения 5...25% по отношению к номинальному напряжению на частоте 50 Гц).

У танталовых конденсаторов диэлектрическая проницаемость оксидного слоя примерно в три  раза больше, чем у алюминиевых. Это позволяет значительно  уменьшить их габариты. Танталовые конденсаторы более надежны в эксплуатации, имеют по сравнению с алюминиевыми лучшие характеристики. Их недостатками являются относительно высокая стоимость и невысокое рабочее напряжение, не превышающее  150 В. Последнее объясняется меньшей допустимой напряженностью поля в оксидном слое Ta2 O5 по сравнению с Al2 O3.

Танталовые конденсаторы выпускаются с фольговыми, проволочными и объемнопористыми анодами, а также оксиднополупроводниковыми. Фольговые сухие конденсаторы по устройству аналогичны сухим алюминиевым. Электролит состоит из смеси этиленгликоля с хлористым литием. Такой электролит имеет сопротивление примерно в 500 раз ниже, чем электролит алюминиевого конденсатора, и допускает рабочую температуру в пределах 60...+100°С. В сухих танталовых конденсаторах небольшой емкости анод часто выполняется в виде нескольких витков проволоки. Емкость и tg  сухих конденсаторов незначительно изменяются при понижении температуры до 60°С.  

Благодаря химической инертности тантала оказалось возможным использовать в качестве электролита растворы кислот и щелочей, сохраняющие высокую проводимость  на морозе. Жидкостные танталовые конденсаторы имеют цилиндрический анод, изготовленный из прессованного порошка тантала методом спекания в вакууме. Получаемая при этом пористая структура анода характеризуется большой активной поверхностью, способствующей увеличению удельной емкости конденсатора. Вывод  анода является положительным полюсом конденсатора. Диэлектриком служит тонкая пленка Ta2 O5 на поверхности зерен объемнопористого анода - одной из обкладок. Роль второй обкладки выполняет электролит  (обычно это серная кислота). Анод подвешен на танталовой крышке, изолированной от двухслойного корпуса  (внутренний слой - серебро, внешний - сталь) изоляционными прокладкой  и кольцом. Соединенный с корпусом вывод  является отрицательным полюсом конденсатора.

Конденсаторы с объемно-пористым анодом успешно работают в интервале температур 60...+150°С, однако их частотные характеристики несколько хуже, чем у сухих танталовых конденсаторов.  

Сравнительно недавно появились оксиднополупроводниковые конденсаторы, в которых вместо электролита в качестве катода используется твердый электронный полупроводник - двуокись марганца  Mn O2,  нанесенный на оксидный слой.

Танталовый анод (первая обкладка) в виде пористого цилиндра или проволоки покрывается полупроводниковым слоем  двуокиси марганца, исполняющим роль второй обкладки конденсатора. Слой  двуокиси марганца служит источником кислорода, поддерживающим наличие оксидного слоя Ta2 O5. С помощью проводящей серебряной  пасты осуществляется электрический контакт слоя двуокиси марганца с корпусом  конденсатора. В контакте с двуокисью марганца  поверхность оксидного слоя обволакивается пленкой из кислородных ионов, что сопровождается образованием в нем области с дырочной проводимостью. На границе с металлом в оксидном слое возникает область с электронной проводимостью, а между  n    и  p областями появляется запорный слой. При обратном включении конденсатора в цепь или при снятии напряжения запорный слой разрушается.

Основной особенностью оксиднополупроводниковых конденсаторов является возможность их использования при низких температурах, вплоть до 80°С.  Однако верхний предел рабочей температуры не превышает +85°С.  Уменьшение величины емкости при 80°С составляет 13...15 %, а ее повышение при +85°С - 12...13 %. При температуре 20°С и частоте 100 Гц  tg   0,06,   а ток утечки при этом не превышает 2 мкА. Таким образом, многие электрические характеристики этих конденсаторов лучше, чем у жидких танталовых и тем более алюминиевых конденсаторов. Однако номинальное рабочее напряжение у них не превышает 6...55 В, что объясняется пониженной электрической прочностью оксидного слоя.

Еще одной разновидностью оксиднополупроводниковых конденсаторов являются ниобиевые конденсаторы, в которых в качестве вентильного металла используется ниобий, наиболее близкий по характеристикам к танталу, но менее дорогой и не столь дефицитный. У оксидного слоя Nb2 O5     = 45, но его электрическая прочность ниже, чем слоя Ta2 O5, и поэтому емкость ниобиевых конденсаторов лишь немного может превышать емкость танталовых. Другие электрические характеристики ниобиевых конденсаторов также несколько хуже, чем оксиднополупроводниковых танталовых.

Вариконды - конденсаторы с сегнетокерамическим диэлектриком. У таких диэлектриков величина  в сильной степени зависит от напряженности приложенного к ним электрического поля. Следовательно, его емкость будет изменяться в зависимости от приложенного к конденсатору напряжения.

В качестве материала диэлектрика используются различные сегнетоэлектрики, содержащие титанаты бария и стронция с примесью окиси олова. По конструкции вариконды делятся на дисковые, пленочные (в том числе и тонкопленочные) и конденсаторы более сложной формы. Наиболее распространены вариконды дисковой формы диаметром 1,25 мм и толщиной 0,4...0,8 мм, по внешнему виду напоминающие дисковые керамические конденсаторы, но имеющие широкие плоские выводы. Номинальное значение емкости варикондов, определяемое при напряжении 5 В и частоте 50 Гц, составляет 10 пФ...0,2 мкФ, и эта емкость возрастает в четыре-шесть раз с увеличением приложенного к вариконду переменного напряжения. Снаружи вариконды обычно покрываются защитным лаком или компаундом красного цвета, а отдельные их типы - белой эпоксидной смолой. Вариконды некоторых марок у одного из выводов имеют голубую маркировочную точку.

Вариконды широко применяются в РЭА различных диапазонов волн, в диэлектрических усилителях, различных генераторах, умножителях и т.д.


2. Система условных обозначений и маркировки конденсаторов

В своей практической деятельности радиоинженер постоянно встречается с необходимостью замены неисправных радиодеталей, участвует в изобретательской и рационализаторской работе по модернизации отдельных блоков и устройств РЭА. При этом немаловажную роль играет правильное и обоснованное применение деталей (в том числе и конденсаторов), удовлетворяющих заданным требованиям и разрешенных к применению в той или иной разновидности специальной РЭА.

Многообразие типов и марок деталей подчас делает их правильный выбор долгой процедурой. Положение осложняется тем, что на сегодняшний день существуют две системы обозначения конденсаторов и резисторов (а также полупроводниковых приборов), в которых радиоинженер должен уверенно ориентироваться, грамотно пользоваться справочной литературой.     

Действующая система обозначения типов конденсаторов введена  в 1969 г. Однако многие конденсаторы, разработанные ранее, продолжают выпускаться промышленностью и их обозначения остаются прежними. Поэтому на практике приходится встречаться с двумя системами обозначений, которые условно назовем старой и новой.

В основу старой системы обозначения было положено сокращенное наименование диэлектрика конденсатора, конструктивное оформление конденсатора, а иногда и область его применения. Приведем несколько примеров такого обозначения: КСО - конденсатор слюдяной спрессованный; КЭ - конденсатор электролитический (имеется в виду оксидный алюминиевый); КПК - конденсатор подстроечный керамический; КДУ - керамический дисковый ультракоротковолновый; КВДС - конденсатор высоковольтный дисковый сегнетоэлектрический; СГМ - слюдяной герметизированный малогабаритный; КВ - контурный высокочастотный; МБГП - металлобумажный герметизированный в прямоугольном металлическом корпусе.

Новая система обозначения является более логичной и стройной и применительно к наименованию и назначению конденсаторов включает четыре индекса.     

Первый индекс (буквенный) означает:

К - конденсатор постоянной емкости;

КП - конденсатор переменной емкости;

КТ - конденсатор подстроечный (раньше его называли триммером);

 КН - конденсатор нелинейный (вариконд).

Второй индекс, состоящий для конденсаторов постоянной емкости из двузначного числа, означает вид диэлектрика, а иногда вместе с видом и рабочее напряжение (ниже 1600 В или 1600 В и выше).

У подстроечных конденсаторов и конденсаторов переменной емкости второй индекс пишется через дефис, состоит из одной цифры и означает вид диэлектрика: 1 - вакуумный; 2 - воздушный; 3 - газообразный; 4 - твердый; 5 - жидкий.

У варикондов второй индекс означает минимальный коэффициент нелинейности по напряжению переменного (или постоянного) тока или коэффициент прямоугольности (для варикондов с ППГ).

Третий индекс (буквенный) у конденсаторов постоянной емкости указывает на их назначение:

П - для работы в цепях постоянного и переменного токов;

Ч - для работы в цепях переменного тока;

У - для работы в цепях постоянного и переменного тока и в импульсном режиме;

И - для работы в импульсном режиме.

У конденсаторов, предназначенных для работы только в цепи постоянного тока или только в цепи пульсирующего тока, третий буквенный индекс отсутствует.

У подстроечных конденсаторов и конденсаторов переменной емкости третий индекс (цифровой) пишется через дефис и означает порядковый номер конструктивной разработки.

Таблица 2.2.1

Условное обозначение конденсаторов в зависимости от материала диэлектрика

Конденсаторы

Группа

Подкласс К

Керамические на номинальное напряжение:

ниже 1600 В

10

1600 В и выше

15

Стеклянные

21

Стеклокерамические

22

Тонкопленочные с неорганическим диэлектриком

26

Слюдяные:

малой мощности

31

большой»

32

Бумажные (фольговые) на номинальное напряжение:

ниже 2 кВ

40

2 кВ и выше

41

Бумажные металлизированные

42

0ксидно- электролитические:

алюминиевые

50

танталовые, ниобиевые и др.

51

Объемно-пористые

52

Оксидно-полупроводниковые

53

С воздушным диэлектриком

60

Вакуумные

61

Полистирольные

71(70)

Фторопластовые

72

Полиэтилентерефталатные

73(74)

Комбинированные

75

Лакопленочные

76

Поликарбонатные

77

Полипропиленовые

78

Подкласс КТ

Вакуумные

1

С воздушным диэлектриком

2

» газообразным»

3

» твердым»

4

Подкласс КП

Вакуумные

1

С воздушным диэлектриком

2

» газообразным»

3

» твердым»

4

У варикондов третий индекс (буквенный) указывает на их назначение:

  1.   Ч - управляемые напряжением переменного тока;
  2.   П - управляемые напряжением постоянного тока;
  3.   ВТ - для вычислительной техники (имеющие ППГ).

Четвертый индекс (цифровой) для конденсаторов постоянной емкости и варикондов означает порядковый номер конструктивной разработки.     

Примеры обозначения: К505 - конденсатор оксидный алюминиевый, предназначенный для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока, третьей конструктивной разработки; К22У1 - стеклокерамический конденсатор постоянной емкости, предназначенный для работы в цепях постоянного,  переменного и  импульсного тока, первого конструктивного исполнения.     

В зависимости от размеров маркируемых конденсаторов и вида технической документации  могут применяться полные и сокращенные (кодированные) обозначения номинальных емкостей и допусков.

Полное обозначение номинальных емкостей состоит из значения номинальной емкости и  обозначения единицы измерения (мкФ   микрофарады, нФ   нанофарады, пФ   пикофарады). Например,  215 мкФ; 150 нФ; 1,2 пФ.    

Кодированное  обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включай цифры  и букву или три цифры и букву (таб.2.2.2). Буква кода из латинского или русского (в скобках) алфавита определяет множитель, составляющий сопротивление, и определяет положение запятой десятичного знака. Буквы, , n, p (М, Н, П) обозначают соответственно множители 10 6, 10 9, 10 12 для емкостей, выраженных в фарадах. Для приведенного выше примере  следует писать: 215M, 150N, 1P2.   

Полное обозначение допускаемого отклонения состоит из цифр со знаком % (в абсолютных значениях - при C10 пФ), кодированное - из буквы (обозначение допусков резисторов и конденсаторов совпадают) (см. таб.2.2.3).

Для керамических, стеклокерамических, стеклянных и слюдяных конденсаторов с малым (нормированным) ТКЕ используется буквенноцифровая или цветная маркировка  (таб.2.2.3). При значительной величине ТКЕ используется буквенноцифровая (Н10; Н20; Н30; Н50; Н70; Н90, цифра - изменение емкости в % в рабочем диапазоне температур) или цветная маркировка. Если ТКЕ более 90 % в рабочем диапазоне температур, то маркировка не наносится.


Таблица 2.2.2

Примеры обозначения номиналов конденсаторов

Пределы номинальных емкостей

Примеры полных обозначений

Примеры кодированных обозначений

Пределы номинальных емкостей и обозначение единиц

До 10000 пФ

1,5 пФ

1П5

До 100 пФ

15 пФ

15П

П

150 пФ

Н15

От 0,1 до 100 нФ

1500 пФ

1Н5

Н

От 0,01 мкФ

0,015 мкФ

15Н

и выше

0,15 мкФ

М15

От 0,1 мкФ

1,5 мкФ

1М5

и выше

15 мкФ

15М

М

100 мкФ

100М

Таблица 2.2.3

Полные и кодированные обозначения допускаемых отклонений емкостей конденсаторов  и сопротивлений резисторов от номинальных значений 

Допускаемое отклонение, %

±0,1

±0,2

±0,5

±1

±2

±5

±10

±20

±30

Кодированное обозначение

Ж (B)

У (C)

Д (D)

Р (F)

Л (J)

И (B)

С (K)

В (M)

Ф (N)

Допускаемое отклонение, %

+30...-10

+50...-10

+100...-10

+50...-20

+80...-30

±0,4пФ

Кодированное обозначение

 (Q)

Э (Т)

K (Y)

Б (S)

A (Z)

Х

Таблица 2.2.4

Значения ТКЕ и их условные обозначения для высокочастотных керамических конденсаторов

Значение

Условное обозначение ТКЕ

ТКЕ 10-6  1/°С

Буквами и

Цветным кодом

цифрами

Цвет покрытия конденсатора

Цвет маркировочной точки

+(100±30)

П120        

A

Синий

Без точки

+(60±30)

П100         

G

Синий

Черная

+(33±30)

П33          

N

Серый

Без точки

  0±30

МП0        

C

Голубой

Черная

-(33 ±30)

М33         

H

-/-

Коричневая

-(47±30)

М47         

M

-/-

Без точки

-(75±30)

М75

L

-/-

Красная

-(150 ±40)

М150

P

Красный

Оранжевая

-(220±40)

М220

R

-/-

Желтая

-(330± 100)

М330

S

-/-

Зеленая

-(470±100)

М470

T

-/-

Синяя

-(750±100)

М750

U

-/-

Без точки

-(1500±200)

М1500

V

Зеленый

-/-

-(2200±500)

М2200

K

-/-

-/-

-(3300±600)

М3300

Y

-/-

-/-

.....


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73057. Проблема свободы и ответственности в морали 29.5 KB
  Проблема соотношения свободы и необходимости рассматривается с двух противоположных точек зрения – фатализма и волюнтаризма. Такое понимание свободы приводит к полному отказу от нравственных норм и утверждению произвола.
73058. Система этических категорий 28 KB
  Категории этики –- это основные понятия этической науки отражающие наиболее существенные элементы морали. Понятия этики отражающие наиболее существенные стороны и элементы морали и составляющие теоретический аппарат этической науки.
73059. В.С Соловьев (1853 - 1900) 35.5 KB
  Центральная идея его философии идея всеединства. В аксиологии всеединства центральное место занимает абсолютная ценность Истины Добра и Красоты соответствующих трём Ипостасям Божественной Троицы. Основой всеединства у Соловьева выступает божественная троица в ее связи со всеми божественными творениями...
73060. Понятие: общая характеристика, объём и содержание, виды понятий, отношения между понятиями 42 KB
  Понятие - форма мысли, отражающая предметы в их общих, существенных и отличительных признаках. Понятие может отражать явление, процесс, предмет (как материальный, вещественный, так и идеальный, мнимый, воображаемый). Главное — отражать общее и в то же время существенное, отличительное, специфическое в этом предмете.
73061. Определение понятий, виды определений и правила 24.5 KB
  Определение понятий виды определений и правила. Определение понятия логическая операция раскрывающая содержание понятия т. Как логическая операция определение состоит из двух элементов: определяемого понятия понятия содержание которых требуется раскрыть...
73062. Виды умозаключений: дедукция, индукция, аналогия 23 KB
  Умозаключение –- форма мышления посредством которой из одного или нескольких суждений выводится новое суждение; это такая мыслительная структура в которой из двух или более истинных исходных суждений называемых посылками на основании определенной логической связи между ними формируется новое истинное суждение.