Типы конденсаторов. Конденсатор виды

Типы конденсаторов, теория и примеры

Определение и типы конденсаторов

Причем проводники (обкладки конденсатора) имеют такую форму и расположены так, по отношению друг к другу, что поле, создаваемое данной системой, в основном расположено во внутренней области пространства конденсатора. У реального конденсатора обкладки не являются полностью замкнутыми, однако, следует отметить, что приближение к идеальной картине довольно большое. На практике независимости внутреннего поля между обкладками конденсатора от внешних полей достигают тем, что пластины конденсатора располагают на очень малом расстоянии. В таком случае заряды находятся на внутренних поверхностях обкладок.

Основное назначение конденсатора состоит в накоплении электрического заряда. Способность конденсатора накапливать заряд связана с основной характеристикой конденсатора электроемкостью (C). Электрическая емкость конденсатора – это взаимная емкость принадлежащих ему обкладок:

$C=\frac{q}{{\varphi}_1-{\varphi}_2}=\frac{q}{U} \qquad (1)$

q – величина заряда на обкладке; ${\varphi}_1-{\varphi}_2$ – разность потенциалов между обкладками. Емкость конденсатора зависит от размеров и устройства конденсатора.

Подходы к классификации конденсаторов могут быть разными. Выделяют, например:

Конденсаторы имеющие постоянную или переменную емкость, подстроечные конденсаторы.
Тип диэлектрика, заполняющий пространство между обкладками конденсатора, может влиять на то, к какому типу отнесут тот или иной конденсатор. (Электролит – электролитический конденсатор (см. раздел «Электролитический конденсатор»), воздух – воздушный конденсатор, тефлон – тефлоновый конденсатор и т.д).
Керамические (подробно о керамических конденсаторах см. раздел «Керамические конденсаторы»), пластиковые, металлические конденсаторы в зависимости от материала, который применяется в изготовлении корпуса конденсатора

Плоские, цилиндрические, шаровые (сферические) конденсаторы в соответствии с геометрией (строением) конденсатора.

Кроме этого конденсаторы можно разделить по их предназначению (см., например раздел «Пусковой конденсатор»), способу монтажа (для печатного, навесного, поверхностного монтажа; с защелкивающимися выводами; выводами под винт), принципам защиты от внешних воздействий (с защитой и без нее; изолированные и неизолированные; уплотненные и герметизированные).

Типы конденсаторов в разделе общая физика

В задачах по общей физике рассматривают обычно три типа конденсаторов: плоские, цилиндрические и сферические. Кроме того могут варьироваться типы диэлектрика между обкладками.

Для расчета емкости плоского конденсатора применяют формулу:

$C=\frac{\varepsilon {\varepsilon}_0S}{d} \qquad (2)$

где ${\varepsilon}_0$

– электрическая постоянная; S – площадь каждой (или наименьшей) пластины; d – расстояние между пластинами.

Емкость плоского конденсатора, содержащего N слоев диэлектрика (толщина i-го слоя равна d_i) , диэлектрическая проницаемость i-го слоя ${\varepsilon}_i$ , определяется как:

$C=\frac{{\varepsilon}_0S}{\sum^N_{i=1}{\frac{d_i}{{\varepsilon}_i}}} \qquad (3)$

Электрическая емкость цилиндрического конденсатора вычисляют как:

$C=\frac{2\pi \varepsilon {\varepsilon}_0l}{ln\left(\frac{R_2}{R_1}\right)} \qquad (4)$

где l – высота цилиндров; R_2 – радиус внешней обкладки; R_1 – радиус внутренней обкладки.

Емкость сферического (шарового) конденсатора находят по формуле:

$C=\frac{4\pi \varepsilon {\varepsilon}_0R_1R_2}{R_2-R_1} \qquad (5)$

где $R_1{;R}_2$ – радиусы обкладок конденсатора.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Типы конденсаторов

Конденсатор — один из самых распространенных электронных компонентов. Существует множество разных типов конденсаторов, которые классифицируют по различным свойствам.

В основном типы конденсаторов разделяют:

По характеру изменения емкости — постоянной емкости, переменной емкости и подстроечные.
По материалу диэлектрика — воздух, металлизированная бумага, слюда, тефлон, поликарбонат, оксидный диэлектрик (электролит).
По способу монтажа — для печатного или навесного монтажа.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы или керамические дисковые конденсаторы сделаны из маленького керамического диска, покрытого с двух сторон проводником (обычно серебром).

Карамические конденсаторы

Благодаря довольно высокой относительной диэлектрической проницаемости (от 6 до 12) керамические конденсаторы могут вместить достаточно большую емкость при относительно малом физическом размере. Диапазон емкости этого типа конденсаторов — от нескольких пикоФарад (пФ или pF) до нескольких микроФарад (мФ или uF). Однако их номинальное напряжение, как правило, невысокое.

Маркировка керамических конденсаторов обычно представляет собой трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить.

трехзначный числовой код на конденсаторе

Например, маркировка 103 на керамическом конденсаторе означает 10 000 пикоФарад или 10 наноФарад. Соответственно, маркировка 104 будет означать 100 000 пикоФарад или 100 наноФарад и.т.д. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%.

Пленочные конденсаторы

Емкость конденсатора зависит от площади обкладок. Для того чтобы компактно вместить большую площадь, используют пленочные конденсаторы. Здесь применяют принцип «многослойности». Т.е. создают много слоев диэлектрика, чередующегося слоями обкладок. Однако с точки зрения электричества, это такие же два проводника разделенные диэлектриком, как и у плоского керамического конденсатора.

В качестве диэлектрика пленочных конденсаторов обычно используют тефлон, металлизированную бумагу, майлар, поликарбонат, полипропилен, полиэстер. Диапазон емкости этого типа конденсаторов составляет примерно от 5pF (пикофарад) до 100uF (микрофарад). Диапазон номинального напряжения пленочных конденсаторов достаточно широк . Некоторые высоковольтные конденсаторы этого типа достигают более 2000 вольт.

Различают два вида пленочных конденсаторов по способу размещения слоев диэлектрика и обкладок – радиальные и аксиальные.

Радиальный и аксиальный тип пленочных конденсаторов

Маркировка емкости пленочных конденсаторов происходит по тому же принципу что и керамических. Это трехзначный числовой код, обозначающий значение емкости в пикофарадах. Первые две цифры указывают значение емкости. Третья цифра указывает количество нулей, которые нужно добавить. Иногда к этому коду добавляют буквы, обозначающие допуск. Например, J = 5%, K = 10%, M = 20%. Например 103J означает 10 000 пикоФарад +/- 5% или 10 наноФарад +/-5%.

Однако довольно часто разные производители кроме значения емкости и точности добавляют символы номинального напряжения, температуры, серии, класса, корпуса, и других особых характеристик. Данные символы могут отличатся и быть размещены в разном порядке, в зависимости от производителя. Поэтому для разшифровки маркировки пленочных конденсаторов желательно пользоваться документацией (Datasheets).

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы обычно используются когда требуется большая емкость. Конструкция этого типа конденсаторов похожа на конструкцию пленочных, только здесь вместо диэлектрика используется специальная бумага, пропитанная электролитом. Обкладки конденсатора создаются из алюминия или тантала.

Обратим внимание, что электролит хорошо проводит электрический ток! Это полностью противоречит принципу устройства конденсатора, где два проводника должны быть разделены диэлектриком.

Дело в том, что слой диэлектрика создается уже после изготовления конструкции компонента. Через конденсатор пропускают ток, и в результате электролитического окисления на одной из обкладок появляется тонкий слой оксида алюминия или оксида тантала (в зависимости из какого металла состоит обкладка). Этот слой представляет собой очень тонкий и эффективный диэлектрик, позволяющий электролитическим конденсаторам превосходить по емкости в сотни раз «обычные» пленочные конденсаторы.

Электролитические конденсаторы

Недостатком вышеописанного процесса окисления является полярность конденсатора. Оксидный слой обладает свойствами односторонней проводимости. При неправильном подключении напряжения оксидный слой разрушается, и через конденсатор может пойти большой ток. Это приведет к быстрому нагреву и разширению электролита, в результате чего может произойти взрыв конденсатора! Поэтому необходимо всегда соблюдать полярность при подключении электролитического конденсатора. В связи с этим на корпусе компонента производители указывают куда подключать минус.

По причине своей полярности электролитические конденсаторы не могут быть использованы в цепях с переменным током. Но иногда можно встретить компоненты состоящие из двух конденсаторов, соединенными минус-к-минусу и формирующие «не полярные» конденсаторы. Их можно использовать в цепях с переменным током малого напряжения.

Емкость алюминиевых электролитических конденсаторов в колеблется основном от 1 мкФ до 47000 мкФ. Номинальное напряжение — от 5В до 500В. Допуск обычно довольно большой — 20%.

Танталовые конденсаторы физически меньше алюминиевых аналогов. Вдобавок электролитические свойства оксида тантала лучше чем оксида алюминия — у танталовых конденсаторов значительно менше утечка тока и выше стабильность емкости. Диапазон типичных емкостей от 47нФ до 1500мкФ.

Танталовые электролитические конденсаторы также являются полярными, однако лучше переносят неправильное подключение полярности чем их алюминиевые аналоги. Вместе с тем, диапазон типичных напряжений танталовых компонентов значительно ниже – от 1В до 125В.

Переменные конденсаторы

Переменные конденсаторы широко используются в устройствах, где часто требуется настройка во время работы — приемниках, передатчиках, измерительных приборах, генераторах сигналов, аудио и видео аппаратуре. Изменение емкости конденсатора позволяет влиять на характеристики проходящего через него сигнала (форму, частоту, амплитуду и т.д.).

Емкость может менятся механическим способом, электрическим напряжением (вариконды), и с помощью температуры (термоконденсаторы). В последнее время во многих областях вариконды вытесняются варикапами (диодами с переменной емкостью).

Под названием «переменные конденсаторы» обычно имеют ввиду компоненты с механическим изменением емкости. Управление емкостю здесь достигается путем изменения площади обкладок. Обкладки в переменных конденсаторах состоят из множества пластин с воздушным пространством между ними в качестве диэлектрика.

Часть пластин фиксированная, часть подвижная. Положение подвижных пластин по отношению к фиксированным определяет общую емкость конденсатора. Чем больше общая площадь пластин тем больше емкость.

Переменные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы

Подстроечные конденсаторы используются при разовом или периодическом регулировании емкости, в отличии от «стандартных» переменных конденсаторов, где емкость меняется в «режиме реального времени». Такая настройка предназначена для самих производителей аппаратуры, а не для ее пользователей, и выполняется специальной настроечной отверткой. Обычная стальная отвертка не подходит, так как может повлиять на емкость конденсатора. Емкость подстроечных конденсаторов как правило невелика – до 500 пикоФарад.

Способ монтажа конденсаторов

Конденсаторы разделяют по способу монтажа на компоненты для навесного монтажа и для печатного монтажа (SMD или чип-конденсаторы). У компонентов для навесного монтажа есть выводы в виде «ножек». У конденсаторов для печатного монтажа выводами служит часть их поверхности.

hightolow.ru

Типы конденсаторов — Меандр — занимательная электроника

Читать все новости ➔

Конденсаторы, применяемые в радиоаппаратуре, делятся на две основные группы: конденсаторы с неизменяемой (постоянной) емкостью и конденсаторы, емкость которых при необходимости может меняться в определенных пределах — переменные конденсаторы.

В свою очередь, конденсаторы постоянной емкости разделяются на различные группы (или типы) в зависимости от применяемого в них диэлектрика, величин номинального рабочего напряжения и емкости. Кроме того, конденсаторы любого типа характеризуются величиной наибольшего возможного отклонения действительной емкости от номинальной.

Номинальным рабочим напряжением конденсатора называется такое напряжение между его обкладками, при котором он будет надежно и длительно работать (например, не менее восьми-десяти тысяч часов). Для большинства типов конденсаторов указывается величина номинального рабочего напряжения постоянного тока. Превышение номинального рабочего напряжения конденсатора может привести к значительному сокращению срока его службы. Значительное превышение (примерно в два-три раза) номинального напряжения конденсатора может привести к быстрому разрушению его диэлектрика под действием сил электрического поля, появлению электрической искры между его обкладками, т. е. «пробою» конденсатора. Подобная величина напряжения так и называется пробивным напряжением конденсатора.

Номинальная емкость конденсатора — это емкость, которая непосредственно указывается на его корпусе Действительная же емкость, которой обладает конденсатор, может отличаться от его номинальной емкости на величину допуска (т. е. разброса), указываемого в процентах от номинальной величины (например ±5%). Из конденсаторов постоянной емкости, применяемых в радиоаппаратуре, наиболее широко применяются конденсаторы приводимых ниже типов.

Керамические конденсаторы имеют в качестве диэлектрика изоляционный материал — керамику. Одним из видов керамики является всем известный фарфор. Обкладки керамических конденсаторов выполняются в виде тонких слоев серебра, нанесенного непосредственно на поверхность керамики так называемым методом вжигания. После нанесения обкладок и припайки к ним выводов в виде куска медной посеребренной проволоки или тонких металлических пластинок (лепестков), служащих для соединения конденсаторов со схемой, конденсатор покрывается слоем цветной органической эмали. Керамические конденсаторы изготавливаются в широком интервале номинальных емкостей (от 2 до 20 000 пФ) и рабочих напряжений (от 150 В до 30 кВ) и применяются в различных цепях радиоаппаратуры. Некоторые виды керамических конденсаторов приведены на рис. 1, а.

Слюдяные конденсаторы в качестве диэлектрика имеют изоляционный минеральный материал — слюду.

Слюдяной конденсатор состоит из пачки слюдяных пластинок, на каждую из которых с обеих сторон нанесены обкладки из очень тонкого слоя серебра (меньше одного микрона). Выводы от обкладок этих конденсаторов делают из полосок фольги, которые загибают под металлические обоймы, скрепляющие слюдяные пластинки, и весь конденсатор запрессовывается в пластмассу. В некоторых конструкциях слюдяных конденсаторов пакет слюдяных пластинок и обкладок помещается в плоскую керамическую трубку, торцы которой герметически закрыты металлическими колпачками с ленточными выводами, служащими для включения конденсаторов в электрическую цепь.

Слюдяные конденсаторы выпускаются на емкости от десятков до нескольких десятков тысяч пикофарад и номинальные рабочие напряжения от 250 до 1500 В. Эти конденсаторы также используются в различных цепях Радиоаппаратуры. Внешний вид слюдяных конденсаторов приведен на рис. 1, б.

Рис. 1. Внешний вид конденсаторов постоянной емкости: а — керамических; б — слюдяных; в — бумажных; г — электролитических; д — обозначение постоянных конденсаторов на схемах: 1 — общее; 2 — электролитических

Бумажные конденсаторы имеют в качестве диэлектрика специальную тонкую конденсаторную бумагу, пропитанную хорошо очищенным вазелином или конденсаторным маслом. Конденсатор состоит из длинных полос (лент), чаще всего алюминиевой фольги, с проложенными между ними полосами конденсаторной бумаги. Эти полосы свертываются в рулон круглой или плоской формы (так называемая конденсаторная секция) и вкладываются в металлический корпус плоской или круглой формы.Выводы от обкладок делаются из тонкой медной луженой или посеребренной проволоки, один конец которой соединяют с обкладками, а другой припаивают к выводным контактным лепесткам конденсатора. Внешний вид некоторых бумажных конденсаторов приведен на рис. 1, в. Бумажные конденсаторы выполняются на номиналы емкостей от единиц тысяч пикофарад до 10— 30 мкФ и рабочие напряжения от 160 до 1500 В.

Электролитические конденсаторы. Электролитический конденсатор представляет собой две ленты из алюминиевой фольги, скатанные в рулон, между витками которых проложена бумажная лента, пропитанная раствором электролита (раствор борной кислоты и глицерина). Этот рулон заключен в алюминиевый корпус в виде стаканчика.

Поверхность одной из алюминиевых полос покрыта тонким слоем окисла, который и является диэлектриком, а так как пленка очень тонкая, то емкость конденсатора получается очень большой. Одной обкладкой конденсатора является лента из фольги, а другой — пропитанная электролитом бумага. Не покрытая слоем окисла алюминиевая лента соединяется с металлическим корпусом, а лента с пленкой окисла имеет изолированный от корпуса вывод. К этому выводу всегда присоединяется положительный полюс напряжения, а к корпусу конденсатора — отрицательный полюс. Другое включение конденсатора не допускается, так как приводит к разрушению слоя окисла, т. е. порче конденсатора. Электролитические конденсаторы обладают очень большой емкостью (до 5000 мкФ) и применяются, в основном, в выпрямительных установках для сглаживания пульсаций выпрямленного тока. Внешний вид электролитических конденсаторов приведен на рис. 1, г.

На всех конденсаторах постоянной емкости, имеющих достаточно большие размеры корпусов, указываются тип конденсатора, его номинальное рабочее напряжение, номинальная емкость в пикофарадах или микрофарадах и допустимое отклонение от номинальной емкости в процентах. Схематическое обозначение конденсаторов постоянной емкости приведено на рис. 1, д.Переменные конденсаторы (конденсаторы переменной емкости) состоят из двух изолированных между собой систем или групп жестких металлических пластин (обкладок), диэлектриком между которыми служит воздух или твердый диэлектрик. Одна система пластин укрепляется неподвижно (статор), а другая укрепляется на вращающейся оси (ротор). Все отдельные пластины ротора и статора имеют между собой надежное соединение.

Вращая ось конденсатора, мы вводим между пластинами статора пластины роторной группы и тем самым изменяем его емкость. Когда пластины ротора выведены полностью, емкость конденсатора будет наименьшей (так называемая начальная емкость). Когда пластины ротора полностью находятся между пластинами статора, конденсатор будет иметь наибольшую (максимальную) емкость (так называемую конечную емкость). Максимальная емкость переменного конденсатора будет тем больше, чем больше пластин в статоре и роторе и чем меньше расстояние между соседними подвижными и неподвижными пластинами. Такие конденсаторы (рис. 2, а) применяются для настройки одиночных колебательных контуров приемников. В приемниках супергетеродинного типа, имеющих по два или три настраиваемых колебательных контура, применяются так называемые блоки конденсаторов переменной емкости (рис. 2, б). Такие блоки состоят из двух или трех конденсаторов рассмотренной конструкции, причем их роторы обычно электрически соединены между собой и укреплены на общей оси. Статоры конденсаторов в блоке изолированы друг от друга и имеют отдельные контактные выводы.

Рис. 2. Внешний вид и обозначение конденсаторов переменной емкости: а -— одиночного; б — сдвоенного блока

Наиболее распространенными являются конденсаторы переменной емкости, имеющие начальные емкости 11—17 пФ и максимальные емкости 450—510 пФ. С конденсатором переменной емкости необходимо обращаться осторожно, так как даже незначительный изгиб пластин может привести к их замыканию.

Подстроенные конденсаторы. Применяются главным образом для подстройки, т. е. изменения параметров колебательных контуров радиоустройств. Емкость этих конденсаторов может изменяться в небольших пределах, обусловленных их конструкцией. По своей конструкции подстроечные керамические конденсаторы разделяются на дисковые (КПК) и трубчатые (КПКТ).

Конденсатор подстроечный керамический (КПК) состоит из керамического основания (статора), тонкого подвижного керамического диска (ротора), укрепленного на оси, и болтика со шлицом, с помощью которого можно поворачивать диск (рис. 3). На поверхности статора и ротора нанесены в виде секторов металлические (серебряные) слои, являющиеся обкладками конденсатора. Выводы от этих обкладок делаются в виде контактных лепестков. Конденсаторы КПК в зависимости от размеров диаметра роторных дисков разделяются на КПК-1 (диаметр ротора около 18 мм) и КПК-2 (диаметр ротора около 33 мм). Конденсаторы КПК-1 выпускаются с пределами изменения емкости 2—7,4—15, 6—25 и 8—30 пФ, а конденсаторы КПК-2 и КПК-3 с пределами 6—60, 10—100 и 15—150 пФ.

Рис. 3. Внешний вид и обозначение подстроенных конденсаторов: а — КПК-1; б—КПК-3; в — КПКТ; г — обозначение на схемах

Конденсатор подстроечный керамический трубчатый (КПКТ) состоит из керамической трубки, на внешнюю поверхность которой нанесена неподвижная (статорная) обкладка конденсатора в виде тонкого слоя серебра, и металлического стержня, имеющего винтовую нарезку и представляющего подвижную обкладку конденсатора (ротор). С помощью отвертки стержень можно передвигать внутри трубки и тем самым изменять емкость между стержнем и неподвижной обкладкой конденсатора.

Конденсаторы КПКТ выпускаются с пределами изменения емкостей 1—10, 2—15, 2—20 и 2—25 пФ.

Выше представленны только некоторые разновидности внешнего вида конденсаторов. В современной промышленности спектр конденсаторов очень широкий (рис.4.).

Рис.4. Разновидности некоторых современных конденсаторов

Возможно, Вам это будет интересно:

meandr.org

Виды конденсаторов, их применение

Подобные элементы представляют собой детали, в состав которых входят два проводника с диэлектрическим слоем. В зависимости от параметров данных компонентов, проявляются различия в особенностях отдельных моделей. В этом обзоре мы рассмотрим виды конденсаторов и специфику применения каждого из них.

Что представляет собой конденсатор?

Состоящая из пары электродов часть цепи, предназначенная для аккумулирования и передачи тока другим типам устройств, называется конденсатором. Особенности конструкции заключаются в наличии обкладок с противоположными зарядами. Нормальное функционирование обеспечивается размещением между такими пластинами специального диэлектрика. Таким способом устраняется вероятность соприкосновения подобных элементов между собой.

Данные компоненты отлично справляются с функциями транспортировки сигналов и электроэнергии, выполнения их измерение, а также передачу.

Особенности применения конденсатора

У новичков часто возникает недопонимание, как правильно использовать конденсатор. Иногда появляется ложное мнение, что его вполне можно применить в качестве замены вместо блока питания или батареи.

Подобные элементы входят в состав модулей в схемах со статичными значениями, а также в сочетании с резисторами и транзисторами представляют собой вид платы в различных приборах.

Приоритетными остаются такие моменты:

Выравнивание больших перепадов напряжения в устройствах переменного тока.
Фильтрация возникающих НЧ и ВЧ помех.
Оптимальное выравнивание пульсаций рабочего напряжения.

В зависимости от задач, которые необходимо выполнить, классифицируются функции и назначение конденсатора:

конструкции общего назначения, в которых имеются исключительно низковольтные составляющие. Они размещены на компактных платах – бытовые чайники, радио- и телевизионная техника;
способные формировать и подавать на панели приемки приборов импульсные модели;
высоковольтные образцы для цепей с постоянным током, поддерживающие системы технического и производственного назначения;
применяемые для установки в блоках управления и пультах пусковые модификации;
в оборудовании для военно-промышленного комплекса, телевизионной и спутниковой отрасли применяются помехоподавляющие элементы.

Входящие в состав платы детали различаются по такому параметру, как характеристика изменения емкости.

Способные оптимизировать на протяжении всего обозначенного эксплуатационного периода стабильные показатели емкости постоянные конденсаторы. Подходят для всех разновидностей устройств.

Применяемы для выполнения задач по изменению температурного режима, а также дополняющие работу варикапа и реостата переменные образцы.

Гибкие по своим возможностям переменные модели, используемые для увеличения пропускной способности систем.

Виды конденсаторов и их применение

Рассмотрим популярные и чаще всего применяемые образцы.

Металлобумажные и бумажные конденсаторы

В этом случае применяются фольгированные прокладки. Область применения – как высоковольтные цепи, так и приборы, работающие на низких частотах.

В них традиционную фольгу заменяет технология нанесения на диэлектрик порошка.

Металлический корпус используется по причине отсутствия необходимой металлической прочности.

Электролитические конденсаторы

В данном случае функции диэлектрика выполняет относительно тонкий слой металлического оксида. Он создается на обложке с положительными параметрами электрохимическим способом.

В виде сухого или жидкого электролита выполнена вторая обложка. Материалом создания электрода выбирается чаще всего тантал или алюминий. Профессионалы под термином «электролит» подразумевают конденсатор из алюминия с жидким электролитом.

Следует опасаться ситуаций с инверсией полярности. В подобных случаях происходит необратимая химическая реакция, которая заканчивается разрушением элемента, а выделяемый во внутренней части при этом газ может послужить причиной взрыва.

Танталовые конденсаторы

Сам электрод выполнен из металла, а Ta2O5 (пентаоксид тантала) образует диэлектрический слой. Особенности подобных элементов:

идеальные показатели компактности;
невосприимчивость к внешнему воздействию;
минимальные токи утечки в сравнении с аналогами.

Алюминиевые конденсаторы

Металл выполняет функции положительного электрода. Необходимо отметить такие свойства – большие показатели емкости и способность корректной работы только при малых частотах.

Обладает наиболее хорошим соотношением номинальной емкости к размерам, оптимальной индуктивностью, низкими характеристиками сопротивления и высокими показателями токов утечки.

Полимерные конденсаторы

Твердотельные модификации отличаются от аналогов наличием полимерных диэлектриков вместо привычной оксидной пленки. Таким способом устраняется опасность утечки тока и раздувания корпуса.

Следствие физических характеристик полимерных материалов – минимальный эквивалент сопротивления, стабильность в условиях холода и большое значение импульсного тока.

Во многих схемах именно таким элементам отдается предпочтение перед металлическими аналогами.

Пленочные конденсаторы

Используются пластиковые пленки – поликарбонатные МКС и КС, полипропиленовые MFP, MKP, и KP, а также полиэстер.

Главные особенности:

очень устойчивы на растяжение;
стабильная работа только при токах с большими параметрами;
незначительные параметры емкости;
мизерная утечка;
популярные варианты применения – RS-снабберы.

Керамические конденсаторы

Из оригинальных компонентов изготавливаются пластинчатые детали, обладающими целым рядом уникальных свойств.

В первую очередь следует отметить огромный спектр проницаемости. Такая особенность способствует созданию компактных образцов, обладающих достаточно высокой емкостью. В сравнении с аналогами допускается работа с любой поляризацией и небольшими утечками.

jelektro.ru

Виды конденсаторов, теория и примеры задач

Определение и основные виды конденсаторов

Любой конденсатор состоит из двух металлических обкладок, которые разделяет диэлектрик. Допустим, что обкладками конденсатора являются две замкнутые металлические оболочки: наружная и внутренняя. При этом внутренняя обкладка полностью окружена наружной. В таком случае электрическое поле внутри этой системы абсолютно не зависимо от внешних электрических полей. Заряды, распределенные по поверхностям данных обкладок, обращенных одна к другой по теореме Фарадея, будут равны по модулю и противоположны по знаку. Описанная выше картина для реального конденсатора является приближенной, так как его обкладки не являются полностью замкнутыми, однако, следует отметить, что приближение к идеальной картине довольно большое. На практике независимости внутреннего поля внутри конденсатора от внешних полей добиваются тем, что пластины конденсатора располагают на очень малом расстоянии. Тогда заряды будут находится на внутренних поверхностях обкладок.

Основной характеристикой конденсатора является его емкость (C):

$C=\frac{q}{{\varphi}_1-{\varphi}_2}=\frac{q}{U} \qquad (1),$

q – заряд одной из обкладок конденсатора, ${\varphi}_1-{\varphi}_2$ – разность потенциалов между обкладками конденсатора. Емкость конденсатора – величина зависящая только от размеров, устройства конденсатора.

Конденсаторы делят по разным параметрам. Так, например, существуют:

Конденсаторы с постоянной и переменной емкостью и подстроечные.
Конденсаторы с различным типом диэлектрика (электролит, поликарбонат, воздух, тефлон и тд).
По типу материала корпуса: керамические, пластиковые, металлические.
В соответствии с геометрическим строением (плоские, цилиндрические, шаровые (сферические) конденсаторы).

Кроме этого конденсаторы можно разделить по их предназначению, способу монтажа (для печатного, навесного, поверхностного монтажа; с защелкивающимися выводами; выводами под винт), принципам защиты от внешних воздействий (с защитой и без нее; изолированные и неизолированные; уплотненные и герметизированные).

Формулы емкости базовых видов конденсаторов

Емкость плоского конденсатора:

$C=\frac{\varepsilon {\varepsilon}_0S}{d} \qquad (2)$

Емкость цилиндрического конденсатора:

$C=\frac{2\pi \varepsilon {\varepsilon}_0l}{ln\left(\frac{R_2}{R_1}\right)} \qquad (3),$

где l – высота цилиндров; R_2 – радиус внешнего цилиндра; R_1 – радиус внутреннего цилиндра. По формуле (3) вычисляют емкость коаксиального кабеля.

Емкость сферического конденсатора:

$C=\frac{4\pi \varepsilon {\varepsilon}_0R_1R_2}{R_2-R_1} \qquad (4),$

где $R_1{;\ R}_2$ – радиусы обкладок конденсатора.

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

типы, емкость, практика, полезные советы / Школа электрика / Коллективный блог

Конденсатор – электрическая цепь, содержащая две точки для соединения с другими цепями, с заданным значением емкости и небольшой проводимостью. Конденсатор – пассивный электронный компонент, который накапливает заряд и энергию электрического поля. Самая простая конструкция представляет собой два электрода в форме пластин (обкладки), разделенных диэлектриком с толщиной меньшей, чем размеры обкладок. На практике электрический конденсатор состоит из множества слоев диэлектрика и многослойных электродов.

Электрические конденсаторы используют в системах энергоснабжения для стабилизации электрической энергии в условиях переменного тока, для сглаживания пульсирующего тока, для устранения искрения контактов и радиопомех, для создания симметричного трехфазного напряжения и т.д.

Электрические параметры зависят от конструкции конденсатора и свойств используемых материалов. Чтобы правильно подобрать конденсатор для конкретного устройства, необходимо выяснить следующие параметры:

Емкость,
Рабочее напряжение (максимальное напряжение при длительной работе конденсатора без изменения свойств),
Необходимую точность диапазон значений емкости,
Температурный коэффициент емкости,
Стабильность,
Ток утечки диэлектрика при номинальном напряжении и заданной температуре.

Емкость конденсатора (С) определяют по формуле:,

где q ― заряд, накопленный в конденсаторе, U ― разность потенциалов между его электродами. Единица измерения в системе СИ ― фарад (Ф). В практике применяют микрофарад (мкФ) и пикофарад (пФ).

Емкость конденсатора зависит от электродов (форма и размер), их расположения и свойств диэлектрика, который разделяет электроды. Электродами могут быть плоские параллельные и цилиндрические пластины (рис. 1, а, б).

Емкость конденсатора можно проверить в домашних условиях, для этого понадобится компьютер со звуковой картой и программы C-ESR-метр.

Стабильность параметров конденсаторов может меняться с течением времени. Проверить качество конденсатора можно так:

Конденсаторы различают по возможности изменения емкости на:

постоянные – основной класс конденсаторов, не меняют емкости
переменные – возможно изменение емкости во время эксплуатации прибора
подстроечные – емкость изменяется только при регулировке и не меняется во время эксплуатации прибора

В зависимости от назначения конденсаторы разделяют на классы:

общего назначения, применяемые в большинстве приборов. Самые распространенные низковольтные конденсаторы, требования к ним минимальные.
специального назначения. Сюда входят импульсные, дозиметрические, помехоподавляюшие, высоковольтные, пусковые и т.д.

Конденсаторы бывают:

вакуумные,
с газообразным диэлектриком,
с жидким диэлектриком,
с твёрдым органическим диэлектриком (бумага, пленка, комбинированные),
с твердым неорганическим диэлектриком (керамика, стекло, неорганические пленки, слюда),
оксидно-полупроводниковые и электролитические конденсаторы. Это конденсаторы с очень большой удельной емкостью. Анодом здесь является оксидный слой на металле, изготовляют его из фольги алюминия, ниобия или тантала. В качестве катода служит электролит или полупроводник, который наносят на оксидный слой.

Электролитические конденсаторы обычно используют при возникновении необходимости в большой емкости. Здесь применяют специальную бумагу, которую пропитывают электролитом. Обкладки делают из алюминия или тантала.

Очень важно не ошибиться в полярности при подключении для избегания взрыва конденсатора.

На корпусе компонента производители всегда указывают знак «минус». Такие конденсаторы работают в сглаживающих фильтрах и разделительных цепях.

Керамические конденсаторы – это небольшой керамический диск, покрытый с двух сторон проводником. Такие конденсаторы используют в разделительных цепях.

Пленочные конденсаторы имеют более высокую емкость, которая достигается за счет принципа «многослойности», т.е. используют слои диэлектрика, которые чередуются со слоями обкладок. Диэлектриком здесь является тефлон, поликарбонат, металлизированная бумага, полиэстер, полипропилен. Бывают радиальные и аксиальные виды пленочных конденсаторов, они отличаются расположением обкладок и слоев диэлектрик. Такие конденсаторы применяют в высоковольтных источниках питания.

Слюдяные конденсаторы используют в устройствах воспроизведения звука, различных фильтрах и т.д. В качестве диэлектрика используют природный материал ― слюду, которая имеет как относительно высокую диэлектрическую проницаемость, так и электрическую и механическую прочность.

Расшифровка маркировки конденсатора:

МБМ – металлобумажный малогабаритный

КПК-М – подстроечный керамический малогабаритный

БМТ – бумажный малогабаритный теплостойкий

КТ – керамический трубчатый

МБГО – металлобумажный герметизированный однослойный

МБГЧ – металлобумажный герметизированный однослойный

ПСО – пленочный стирофлексный открытый

КЛС – керамический литой секционный

КД – керамический дисковый

КСО – слюдянной опресованный

МБГ – металлобумажный герметизированный

БМ – бумажный малогабаритный

КМ – керамический монолитный

МБГТ – металлобумажный герметизированный теплостойкий

ПМ – полистироловый малогабаритный

ПО – пленочный открытый

В таблицах 1-3 приведены данные об основных характеристиках конденсаторов разных типов.

Таблица 1. Керамические, электролитические и конденсаторы на основе металлизированной пленки: характеристики

Таблица 2. Слюдяные и конденсаторы с полиэстеровой и полипропиленовой основой: характеристики

Таблица 3. Слюдяные конденсаторы с поликарбонатной, полистиреновой и танталовой основой: характеристики

О цветовой маркировке конденсаторов

Корпус большинства конденсаторов имеет надпись с информацией об их номинальной емкости и рабочем напряжении. Но иногда можно встретить и цветовую маркировку.

На некоторых конденсаторах можно увидеть маркировочную надпись из двух строк. В первой строке содержится информация об их емкости (пФ или же мкФ) и точности (К = 10%, М 20%). Во второй строке – информация о допустимом постоянном напряжении, а также код материала диэлектрика.

Для монолитных керамических конденсаторов характерна маркировка кодом, который состоит из трех цифр. В этом коде третья цифра указывает на то, сколько нулей необходимо приписать к первым двум цифрам, чтобы узнать емкость в пикофарадах.

Так выглядит цветовой код, обозначающий номинал конденсатора

Пример 1. Что значит код 103, указанный на конденсаторе? Этот код означает, что к числу 10 необходимо дописать три нуля, чтобы получилась емкость конденсатора – это будет 10 000 пФ.Пример 2. На конденсаторе стоит такая маркировка: 0,22/20 250. Это значит, что емкость данного конденсатора составляет 0,22 мкФ ± 20% и рассчитан он на постоянное напряжение 250 В.

Некоторые замечания и полезные советы. При работе с конденсаторами следует:

уменьшать рабочее напряжение при повышении температуры;
создавать большой запас прочности по напряжению;
обеспечить реальное рабочее напряжения около 0,5 допустимого значения;
принудительно понижать рабочие напряжения для частот выше 50-60 Гц или импульсных сигналов;
для повышения безопасности в цепь разряда следует подключить резистор, имеющий сопротивление 1 МОм параллельно конденсатору;
для выравнивания напряжений в высоковольтных цепях нужно подключить резистор, имеющий сопротивление в диапазоне 220 к0м ― 1 МОм, параллельно каждому конденсатору;
керамические проходные конденсаторы устанавливают непосредственно на корпус аппарата или металлический экран;
необходимо учитывать амплитуду импульса тока заряда, могущего в разы превосходить допустимое значение, чтобы не ошибиться с выбором конденсатора в качестве фильтра источника электропитания;
не допускать ошибок при определении полярности включения для использования электролитического конденсатора как разделительного;
электролитические конденсаторы взаимозаменяемы, внимание следует обращать на значение рабочего напряжения.

ВложениеРазмер

capacitor-01.JPG	18.86 КБ
capacitor-02.JPG	44.21 КБ
capacitor-03.JPG	12.71 КБ
capacitor-04.JPG	29.16 КБ
capacitor-08.JPG	149.78 КБ

44kw.com