История конденсаторов часть 2: современная эра. Конденсаторы современныеИстория конденсаторов часть 2: современная эра / ХабрВ предыдущих сериях: История конденсаторов часть 1: первые открытия Конденсаторы для «чайников» В начале истории конденсаторов они использовались в основном для получения первых представлений об электричестве, ещё даже до того, как были открыты электроны. Это было время для публичных демонстраций достижений науки, например, в виде держащихся за руки людей, через которых пропускали ток конденсатора. Современная эра развития конденсаторов начинается в конце 18-го века, когда началось практическое применение электричества, потребовавшее изготовления конденсаторов с определёнными свойствами. Лейденские банкиМаркони с передающим аппаратомОдним из примеров практического использования стали искровые трансмиттеры, появившиеся до 1900 года и существовавшие в первом и втором десятилетиях. Трансмиттеры набирали большое напряжение для разряда через зазор, и потому с этой целью использовались керамические конденсаторы, которые могли выдержать такое напряжение. Кроме того, для этого требовалась высокая частота. Это были, по сути, лейденские банки, и для получения нужной ёмкости им требовались большие размеры. СлюдаВ 1909 году Уильям Дубилье [William Dubilier] изобрёл слюдяные конденсаторы меньшего размера, которые использовались на принимающей стороне в резонансных контурах беспроводного оборудования.Ранние слюдяные конденсаторы представляли собою слои слюды и медной фольги, сжатые вместе в «пакетные слюдяные конденсаторы». Они были ненадёжными, и из-за того, что между слоями слюды и фольги оставались воздушные зазоры, были подвержены коррозии и окислению, а расстояние между пластинами могло меняться, что приводило к изменениям ёмкости. В 1920-х были разработаны слюдяные конденсаторы с применением серебра, в которых слюда была с обеих сторон заключена в металл, что устраняло воздушные зазоры. Благодаря тонкому металлическому покрытию их размер можно было уменьшить, и они были очень надёжными. Конечно, развитие не остановилось на этом. Давайте рассмотрим историю современных конденсаторов, отмеченную рядом прорывов, следовавших один за другим. КерамикаМногослойные керамические конденсаторы вокруг микропроцессораВ 1920-х слюды в Германии было мало, и там экспериментировали с новыми поколениями керамических конденсаторов. Было обнаружено, что у рутила (диоксида титана) ёмкость линейно зависит от температуры, и они могут заменить слюдяные конденсаторы. Их сначала производили в небольших количествах, а затем более крупными партиями в 1940-х. Они состояли из дисков, покрытых с двух сторон металлом. Для увеличения ёмкости использовалась ещё одна разновидность керамики, титанат бария, и у неё диэлектрическая постоянная была в 10 раз выше, чем у слюды или диоксида титана. Но электрически параметры у неё были менее стабильными, и в результате её можно было использовать вместо слюды только там, где не требовалось надёжности. После Второй Мировой этот недостаток был исправлен. Начавшая работу в 1961 году американская компания представила многослойный керамический конденсатор (multi-layer ceramic capacitor, MLCC), у которого размеры были меньше, а ёмкость – больше. К 2012 году ежегодное производство MLCC из титаната бария достигало уже 1012 штук. Алюминиевые электролитическиеЭлектролитический конденсаторПатент на предка современного электролитического конденсатора был заявлен в 1925 году Сэмюэлем Рубеном. Он сделал бутерброд из гелеобразного электролита, расположенного между анодом, покрытым оксидом, и второй пластиной из металлической фольги, устранив необходимость в контейнере с водой. В результате получился «сухой» электролитический конденсатор. Всё это серьёзно уменьшило размер и стоимость конденсаторов. В 1936-м компания Cornell-Dubilier представила свои алюминиевые электролитические конденсаторы, в которых были такие улучшения, как загрубление поверхности анода, помогавшее увеличить ёмкость. Компания Hydra-Werke, принадлежавшая AEG, примерно в то же время начала их массовое производство в Берлине. После Второй Мировой быстрое развитие технологий радио и телевидения привело к увеличению производства конденсаторов и разнообразия их стилей и размеров. Среди улучшений были уменьшение утечек тока и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), увеличение температурных рамок и срока службы благодаря использованию новых органических электролитов. Дальнейшие разработки в 1970-1990-х годах продолжили эту тенденцию, уменьшая утечки, ESR и увеличивая рабочие температуры. В начале 2000-х годов случилась т.н. "конденсаторная чума", из-за того, что производители использовали для изготовления конденсаторов украденный рецепт электролита, который оказался неполным. Отсутствие стабилизирующих компонентов приводило к раннему выходу конденсаторов из строя. Танталовые электролитическиеТанталовый конденсатор поверхностного размещенияТанталовые электролитические конденсаторы впервые начали изготавливать для военных нужд в 1930-х. Они использовали закрученную танталовую фольгу и жидкий электролит. В 1950-х в Bell Laboratories изготовили первый танталовый конденсатор с твёрдым электролитом. Они растирали тантал в порошок и спекали его в цилиндр. Сначала использовались жидкие электролиты, но потом было обнаружено, что диоксид марганца можно использовать в качестве твёрдого электролита. И хотя основные изобретения были сделаны в Bell Labs, в 1954-м Sprague Electric Company улучшила процесс изготовления, и начала производить первые коммерчески доступные танталовые конденсаторы с твёрдым электролитом. В 1975 появились полимерные танталовые электролитические конденсаторы с гораздо большей проводимостью. В них проводящие полимеры заменяли диоксид марганца, что приводило к уменьшению ESR. NEC выпустили полимерный танталовый конденсатор в 1995 году для поверхностного монтажа, а в 1997 за ними последовала и Sanyo. Стоимость танталовой руды на рынке нестабильна, и пару раз скачки уже случались – в 1980 и в 2000/2001 годах. Последний скачок привёл к разработке ниобиевых электролитических конденсаторов с электролитом из диоксида марганца, свойства которых были примерно сравнимы с танталовыми. Полимерная плёнкаКонденсаторы на полимёрной плёнкеКонденсаторы на металлизированной бумаге были запатентованы в 1900-м году Г.Ф. Мэнсбриджем [G.F. Mansbridge]. Металлизировали бумагу, покрывая её связующим веществом, содержавшим частички металла. В начале 1900-х их активно использовали как развязывающие конденсаторы в телефонии. Во время Второй мировой Bosch улучшила процесс и производила их, покрывая бумагу лаком, который затем покрывался металлом путём вакуумного напыления. В 1954-м Bell Labs изготовили металлизированную лаковую плёнку толщиной 2,5 мкм отдельно от бумаги, что позволило создавать конденсаторы ещё меньшего размера. Этот конденсатор можно считать первым полимерным. Исследования пластика, проводимые специалистами по органической химии во время Второй мировой, привели к развитию этой темы. Одним из них в 1954 году стал первый майларовый конденсатор. Торговую марку «майлар» в 1952 году представила компания Dupont, и это был очень прочный полиэтилентерефталат (PET), плёнка на основе синтетического полиэфирного волокна. В 1954 был произведён конденсатор на майларовой плёнке толщиной 12 мкм. К 1959 году список включал конденсаторы, сделанные при помощи полиэтилена, полистирена, политетрафторэтилена (PTFE), PET и поликарбоната. К 1970-м в электронных устройствах использовались конденсаторы из плёнки и фольги без бумаги. Двойные (суперконденсаторы)СуперконденсаторыИ вот история приводит нас к последнему типу конденсаторов, и очень интересному, поскольку их ёмкость измеряется уже в тысячах фарад. В начале 1950-х исследователи в General Electric использовали свои наработки в области топливных ячеек и перезаряжаемых батарей для экспериментов с конденсаторами с пористыми электродами из углерода. Это привело к патенту Беккера на «Электролитический конденсатор низкого напряжения с пористыми углеродными электродами». GE не стала заниматься дальнейшими разработками, но заложенные в патент принципы привели к созданию конденсаторов очень высокой ёмкости. Компания Standard Oil из Огайо разработала ещё одну их версию, и в итоге продала в 1970-х лицензию компании NEC, которая довела их до коммерческого варианта под торговой маркой «суперконденсатор». Они работали с напряжением в 5,5 В и имели ёмкости до 1 Ф. Они достигали объёма в 5 куб.см. и использовались в качестве резервного источника питания для компьютерной памяти. Профессор Брайан Эванс Конвэй из Оттавского университета работал над электрохимическими конденсаторами из оксида рутения с 1975 по 1980 годы. В 1991 он описал разницу между суперконденсаторами и батареями в электрохимическом хранении заряда, а полностью описал различия в 1999 году, снова введя в оборот термин «суперконденсатор». Продукты и рынки для суперконденсаторов постепенно появлялись. Известные торговые марки – это Goldcaps, Dynacap и PRI Ultracapacitor, последняя из которых связана с первыми суперконденсаторами, обладающими небольшим внутренним сопротивлением, разработанными в 1982 году компанией Pinnacle Research Institute (PRI) для нужд военных. Относительно свежие разработки на рынке включают литий-ионные конденсаторы, в которых аноды из активированного угля покрываются ионами лития. Их ёмкость составляет тысячи фарад при напряжении в 2,7В. habr.com Радио — начинающим. Конденсаторы.Под конденсатором в данной статье имеется ввиду электрический конденсатор. Попробую просто, на пальцах, объяснить, что же такое конденсатор. Из Википедии можно почерпнуть, что конденсатор — это двухполюсник с определенным значением емкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным (как и резистор) электронным компонентом. Конденсатор — это один из маленьких кирпичиков, из которых строится электроника. И как происходит проектирование зданий, так происходит и проектирование принципиальных схем — по чуть-чуть, по кирпичику. И один из таких кирпичиков, из которых строится здание какой-нибудь сложной схемы — конденсатор. Давайте более подробно рассмотрим, что же такое конденсатор.
Сопротивление резистора не зависит от частоты и прочих факторов (кроме температуры) и всегда остается неизменным. Но на свете есть элементы, сопротивление которых довольно сильно зависит от частоты сигнала: это дроссель (катушка индуктивности) и конденсатор. При нулевой частоте (постоянный ток) сопротивление дросселя близко к нулю, а конденсатора — к бесконечности. При увеличении частоты сопротивление дросселя увеличивается, а конденсатора — уменьшается. Принцип действия конденсатора таков: конденсатор представляет собой два слоя металлических пластин, разделенных между собой диэлектриком (именно поэтому на постоянном токе его сопротивление очень велико). На этих пластинах при подаче на конденсатор некоторого напряжения начинает скапливаться электрический заряд, и чем больший заряд при определенном положении (разности потенциалов) на выводах конденсатора может накопиться внутри него, тем большая емкость конденсатора (его самый главный параметр). Вообще, процесс накопления заряда очень похож на изменение скорости движущегося тела, а емкость конденсатора на инерцию. Попробуем подключить конденсатор параллельно источнику постоянного тока. Что произойдет? Конденсатор начнет заряжаться. Напряжение на его выводах, в отличии от резистора, мгновенно измениться не может (так же как и машину нельзя мгновенно разогнать до скорости 200 км/ч). После того, как он полностью зарядится, он прекратит забирать ток у источника тока. Это можно продемонстрировать, если в разрыв цепи включить амперметр. Изначально, прибор покажет большой ток, с течением времени он будет падать и в конце-концов (после того как конденсатор полностью зарядится) станет равным нулю. Затем давайте подключим к заряженному конденсатору какую-нибудь нагрузку, например, лампочку. Что произойдет? Лампочка вспыхнет и постепенно затухая полностью потухнет. Конденсатор разрядился. То есть получается, что конденсатор — это такой прибор, который может накапливать и затем отдавать энергию. Тогда, чем он отличается от аккумулятора, спросите вы? Аккумулятор имеет меньший саморазряд. То есть, если оставить заряженный аккумулятор и заряженный конденсатор на сутки без источника тока, то на аккумуляторе энергия будет, а вот конденсатор ее всю потеряет, так как у него высокий уровень саморазряда. Для вычисления емкостного сопротивления конденсатора (а на переменном токе любой конденсатор ведет себя как обычный резистор; отличия — конденсатор не греется, сдвигает фазу напряжения и его «сопротивление» зависит от частоты) используется следующая формула: Xc=1/2*PI*f*C Где Xc — емкостное сопротивление PI — число ПИ f — частота переменного тока в цепи С — емкость конденсатора Также как и резисторы, конденсаторы бывают постоянные, подстроечные и переменные. Два последних типа находят весьма ограниченное применение, так как их максимально возможная емкость (около 1000 пФ) слишком мала для большинства схем. По материалу диэлектрика конденсаторы бывают керамические (их иногда называют «флажками» за плоский корпус), стеклянные, слюдянные, пленочные. Все эти конденсаторы имеют довольно большие габариты. Кроме этого есть еще танталовые, при неплохих характеристиках, имеют небольшие габариты и значительную емкость (до сотен микрофарад; у пленочных максимальная емкость — единицы микрофарад, у керамических — еще меньше), поэтому они стоят дороже остальных. Электролитические конденсаторы (на первом фото в посте) можно охарактеризовать одним словом — дрянь, но их невысоких параметров вполне хватает для большинства схем, особенно если учитывать, что они при низкой стоимости имеют емкость до десятков тысяч микрофарад. У всех конденсаторов, кроме емкости, есть еще один параметр — максимально допустимое напряжение. Его превышать нельзя, так как в этом случае может произойти пробой диэлектрика (у электролитических — закипание) и они выйдут из строя. Кроме того, танталовые и электролитические конденсаторы полярны, т.е. при их подключении к схеме нужно соблюдать полярность. У импортных электролитических конденсаторов сбоку на корпусе (часто в виде сплошной полосы) нарисован «минус» возле отрицательного вывода, у отечественных рисуют «плюс» возле положительного вывода. В советские времена причина многих неисправностей в радиоаппаратуре были электролитические конденсаторы армянского производства. Сейчас — есть китайские, еще более отстойного качества. Если полярность конденсатора неизвестна, то ее можно определить экспериментально. Для этого конденсатор через микроамперметр подключают к источнику питания напряжением 6-10 вольт. При «неправильной» полярности микроамперметр покажет ток, в сотни раз больший, чем при «правильной». После подключения цепи, состоящей из микроамперметра и разряженного конденсатора к источнику питания, показания микроамперметра максимальны и с течением времени они уменьшаются. Надеюсь, вы понимаете, с чем это связано. Ну и напоследок несколько фотографий различных видов конденсаторов. Армянский электролитический конденсатор (низ залит компаундом):
Керамические конденсаторы (содержат драгметалл), в данное время уже практически нигде не найти:
Легендарные «флажки»:
Слюдяной пленочный конденсатор:
Кучка слюдяных конденсаторов:
Современные керамические конденсаторы:
Современные электролитические конденсаторы:
Стеклянный конденсатор:
Танталовые чип-конденсаторы:
Трубчатые керамические конденсаторы:
Ну вот пожалуй и все. Если есть какие-нибудь вопросы — задавайте в комментариях, постараюсь на них ответить. galaxybrain.ru Современный конденсатор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1Современный конденсаторCтраница 1 Современные конденсаторы выполняют регенеративного типа с нагревом переохлажденного конденсата до температуры насыщения отработавшего пара; их поверхность нагрева выполнена обычно из латунных прямых трубок диаметром 24 - 28 мм. [2] Современные конденсаторы с рациональной компоновкой трубных пучков обеспечивают глубокую деаэрацию конденсата и требуют использования деаэрационных конденсатосборников только при малых расходах пара. [4] Современные конденсаторы хорошо защищены от влаги; их конструкции допускают работу при ударных и вибрационных нагрузках, действующих на РЭА в процессе эксплуатации. Вакуумные типы конденсаторов исключают влияние на их электрическую прочность разряженной атмосферы. [5] Современные конденсаторы характеризуются очень малыми потерями. [6] Современные конденсаторы большей частью двухходовые. [7] Современные конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разбить на следующие основные группы: слюдяные, керамические ( высокочастотные и низкочастотные), стеклянные и тонкослойные конденсаторы с неорганическим диэлектриком. [8] Емкость современных конденсаторов может составлять от долей пикофа-рады до нескольких десятков тысяч микрофарад в одной единице, а номинальное рабочее напряжение может лежать в пределах от нескольких вольт до нескольких сотен киловольт. [10] В современных конденсаторах наибольшее влияние на потери оказывает температура. [12] В современных конденсаторах горловину крепят к выходному патрубку турбины с помощью сварки, исключающей присосы атмосферного воздуха. Таким образом, конденсатор и корпус ЦНД оказываются жестко связанными. [13] В современных конденсаторах практически всегда осуществляется пленочная конденсация. [15] Страницы: 1 2 3 4 5 www.ngpedia.ru Разновидности конденсаторов. Купим конденсаторыСлово «конденсатор» переводится с латыни, как «уплотнитель», «накопитель». Само устройство представляет собой двухполюсник, имеющий определенное или же переменное значение емкости, обладающее небольшой проводимостью, необходимой, чтобы накопить заряд и энергию поля электрического. Конденсатор – это пассивный электронный компонент. Самый простой конструкционный вариант устройства представляет собой два электрода (обкладки) в качестве пластин, которые разделены очень тонким (по сравнению с обкладками) диэлектриком. Конденсаторы, которые используются на практике, состоят из многих диэлектрических слоев и многослойных электродов, могут быть в форме лент, цилиндров, параллелепипедов, имеющих скругленные рёбра. Любое радиотехническое, электронное устройство всегда состоит и из конденсаторов в том числе, ну разве что микросхемы и транзисторы не имеют их, а так, без этих устройств не может работать ни одна схема. Данный радиоэлектронный компонент выполняет множество самых различных задач в устройствах, применяется для того, чтобы передавать сигналы между усилительных каскадов, строить низко и высокочастотные фильтры, задавать временной интервал, подбирать колебательную частоту различных генераторов. Немного историиОтцами-первооткрывателями конденсаторов принято считать двух физиков, которые, абсолютно независимо друг от друга, соорудили в 1745 году очень интересное устройство, благодаря которому и появилась возможность изучить электричество. Этими людьми были голландский физик Питер ван Мушенбрук и немец Эвальд фон Клейст из Лейдена. Устройство назвали лейденской банкой, ну, понятно почему, так оно и вошло в историю физических открытий, но мало кто помнит, что еще до этой самой банки существовал, так называемый «лист Эпинуса» — два проводника, разделенных диэлектриком. Между прочим «лейденская банка» действительно представляла собой обычную банку, оклеенную, как внутри, так и снаружи станиолем (оловянная фольга), почему оловянная, а не алюминиевая – да, просто алюминий тогда еще не был открыт. Банка закрывалась деревянной крышкой, в которую втыкали стержень из металла. Современный конденсатор мало чем отличается от этой банки. В стародавние времена первых больших компьютеров и прочих электронно-вычислительных машин, в прошлом веке, эти самые компы были маломощные, и в них использовались крупные конденсаторы с большой емкостью, сегодня же маленькие кондеры имеют значительную емкость. Характеристики радиоэлектронного компонентаХарактеризуются конденсаторы по нескольким основным параметрам:
Разновидности конденсаторовКлассифицируется РЭК по таким параметрам, как: Вид диэлектрика
Изменение емкости
Назначение
Форма обкладок
Сегодня широко применяются конденсаторы танталовые, они входят в схемы современных устройств – мобильных телефонов, компьютеров, планшетов, портативных радиопередатчиков. В последние годы появился совершенно новый тип – ионистор, который свойствами больше походит на аккумулятор: долгое время сохраняет заряд, имеет долгий срок службы, неограниченное число зарядных циклов. Идеален, как резервный источник питания в микросхемах памяти, электронных часах. У многих читателей, скорее всего, есть некоторый запас конденсаторов от неиспользуемой старой советской техники, на предприятиях и складах лежат старые РЭК, которые уже никогда не будут использованы по назначению, вместо того, чтобы продолжать хранить весь этот неликвид, лучше продать радиодетали нашей компании. Мы приобретем РЭК в любом объеме по самым привлекательным в Украине ценам. drag-radiodetali.com Керамические конденсаторы КМ. Особенности, сфера примененияКонденсатор - это радиоэлектронное устройство, предназначенное для накопления электрического заряда и энергии поля. Существует много типов конденсаторов и их исполнений. В этой статье поговорим о керамических конденсаторах типа КМ. Конденсаторы такого типа применяются в оборудовании промышленного назначения, при изготовлении измерительных приборов высокой точности, радиопередающих устройств, а также в военной промышленности. Керамические конденсаторы КМ отличаются высокой стабильностью, они предназначены для работы в импульсных режимах, а также в цепях переменного и постоянного токов. Они характеризуются высоким сцеплением обкладок с керамикой, а также медленным старением, что обеспечивает низкое значение коэффициента емкостной температурной нестабильности. Конденсаторы КМ при довольно незначительных габаритах имеют высокую емкость (достигающую 2,2 мкФ). Впрочем, изменение значения емкости в интервале рабочей температуры у керамических конденсаторов КМ составляет от 10 до 90%. Конденсаторы КМ группы Н чаще всего используют в качестве переходных, блокировочных и т. д. Современные керамические конденсаторы КМ изготавливают путем опрессовывания под давлением в монолитный блок тонких металлизированных пластин керамики. Благодаря высокой прочности упомянутого материала существует возможность использовать заготовки весьма тонкие, в результате емкость полученных конденсаторов, пропорциональная к единице объема, резко возрастает.
Конденсаторы типа КМ также отличаются от других конденсаторов своей высокой ценой. Причина заключается в том, что в них в качестве обкладок диэлектрика используют следующие драгоценные металлы (и их смеси): Ag, Pl, Pd. В большинстве случаев используется палладий, именно этим и обусловлена их ценность. В связи с этим большим спросом пользуются не только новые изделия, но и бывшие в употреблении и даже пришедшие в негодность. Драгоценные металлы содержатся в конденсаторах типа КМ3-6. Они подразделяются на два вида: палладиевые (КМ Н90) и платиновые (КМ Н30). Существует еще один подвид конденсаторов КМ группы Н30 - это КМ5 D, которые отличаются от Н30 тем, что платины в них гораздо меньше. Содержание драгоценных металлов в КМ Н90 составляет 46,5 г палладия и 2.5 г платины на килограмм конденсаторов. А в конденсаторах типа КМ Н30 составляет 50 г платины на килограмм конденсаторов. fb.ru Конденсаторы часть 3 - Конденсаторы - Фундаменты электроники - Каталог статей Часть 3 В предыдущем разделе я попытался убедить вас, что конденсатор имеет не только емкость, но и ряд других параметров. Мы пришли к выводу, что свойства конденсатора зависят, прежде всего, от диэлектрика. Установлено, что в диэлектрике есть потери мощности, которые могут быть описаны как последовательное эквивалентное сопротивление – ЭПС (ESR). Вы также обозначил проблемы индуктивности и зависимость параметров конденсаторов от температуры, влажности и других факторов. Может быть, немного страшно. Такое большое количество взаимосвязанных параметров. Как во всем этом не растеряться?
Помните! В электронике, нет никакой магии, только непреложные законы физики. Если вы хотите быть хорошим электронщиком, тогда должны усвоить большой объем информации. О несложных вещях, но без которых, вы будете двигаться в электронике, как в темноте.
В молодости, я игнорировал знания, накопленные "умниками". Мне показалось, что практика важней всего. Действительно, практика важна, если только не тратить слишком много времени на изобретение велосипеда, очень утомительно открывать то, что другие уже давно открыли и описали.
Однако, если вы не хотите, анализировать графики, таблицы и отчеты, и делать выводы, вы должны смириться с тем, что большое количество спроектированных и сделанных вами схем не будет работать вообще, либо не будет работать, так как вы ожидаете. Одной из причин могут быть конденсаторы, элементы кажутся примитивными, почти тривиальными.
Моя задача заключается в том, чтобы дать вам необходимые знания в наиболее практичной и доступной форме; но знайте, что с помощью несколько коротких статей не возможно дать все. Для этого в тему нужно «погружаться» постепенно.
Во-первых, я дам вам несколько важных советов и информацию - она освещают всю проблему, что бы привлечь вас к наиболее важным вопросам.
Для начала, вы узнаете, какие существует конденсаторы, и две особых области применения конденсаторов, где следует обратить особое внимание. Это знание является абсолютно необходимым каждому электронщику. Эту часть материала вы найдете под заголовком, взятым из старой песни: "Что каждый мальчик должен знать".
Остальной материал, называемый "только для любознательных" и "Основные области применения", содержит следующий уровень знаний. Вы можете найти его в следующем номере EdW. Вам не нужно читать, если вы хотите только повторять устройства. Знание вам нужно, если вы планируете самостоятельно проектировать электронные схемы. И я смею полагать, что независимо от вашего возраста, я хотел бы предложит вам решать задачи Школы конструкторов. Так что не стоит недооценивать "тривиальные" конденсаторы. Мы хотели бы призвать вас, тщательно проанализировать и понять данный материал – я пытался найти наиболее важную информацию для вас, действительно полезную на практике.
Конечно, вы можете и на практике, и получить те же самые выводы. Теперь я знаю, что я не мог сделать это в свое время без «происшествий», разочарований и неудач.
Если вы готовы учиться, и извлекать уроки из неудач, я уверен, что через некоторое время вы будете очень довольны собой.
Что каждый мальчик должен знать
Помните, основной принцип прост: каждый тип конденсатор обладает различными свойствами и подходит для конкретного применения. Нет идеальных конденсаторов подходящих для всего.
Для современного радиолюбителя есть три основных типа конденсатор: - электролитические - керамические - пленочные
Электролитические конденсаторы, которые используются во всех электронных схемах в цепях питания в качестве фильтрующих конденсаторов и источниках питания.
Также используются в качестве конденсаторов связи и развязывающих в низкочастотных устройствах, работающих на частотах до 100 кГц.
Керамические конденсаторы обычно используются в схемах высокой частоты, либо как элементы резонансного контура, для связи, развязки, фильтрации.
Пленочные конденсаторы используются для "средних частот", примерно от нескольких герц до нескольких мегагерц максимум. Также широко используется в RC цепях генераторов и фильтров. Некоторые виды пленочные конденсаторы предназначены для использования в импульсных схемах.
Для получения дополнительной информации смотрите материалы "только для любопытных".
В дополнение, в одном из эпизодов я расскажу вам, какими конденсаторами не нужно загромождать себе голову и мастерскую, а какие могут быть полезны.
Развязка цепей питания
Наиболее распространенной причиной проблем, связанных с конденсаторами являются их (несовершенные) характеристики на высоких частотах.
Я думаю, что каждый встречался с самовозбуждением схемы. У меня в основном возбуждались усилители. И как на зло, когда я хотел сделать хороший генератор – так получалось, что система не возбуждались.
Причины могут быть разные – одна из них является использование неправильных конденсаторов в цепях фильтров и развязки питания.
Неправильные конденсаторы (или их отсутствие) также могут быть причиной большой восприимчивости к помехам, особенно к тем которые приходят по цепям питания. Смотрит в предыдущем номере (EDW 4/96 с.55, 56 на рисунке 3 .. 5). В области высоких частот (так же, как и для коротких импульсных помех), некоторые конденсаторы имеют значительное сопротивление ESR. Это сопротивление значительно снижает эффективность фильтрации сигналов высокой частоты. Кроме того индуктивность самого конденсатора снижает добротность.
Не говорите мне, что вас это не касается, потому что вы будете делать только низкочастотные схемы. Какие транзисторы вы используете? Знаете ли вы, что популярные «НЧ» транзисторы, например BC548, BC108 могут усиливать сигналы с частотой до нескольких сотен мегагерц? Является ли это "низкой частотой"? Кроме того, операционные усилители - достойный операционный усилитель предназначен для аудио приложений, например, NE5532, имеет полосу пропускания до 10 МГц!
Таким образом, практически все схемы должны обеспечивать адекватную развязку цепей питания на высоких частотах.
Обычно используется параллельный электролитическому конденсатору крошечный керамический конденсатор (называется сегнетоэлектрический) емкостью 47 .. 220nF. Я покажу вам это ниже.
"Электролит", в связи с большой емкостью имеет хорошие свойства при низких частотах, "конек" керамики на высоких.
И какая должна быть емкость "электролита"? Казалось бы, что чем больше, тем лучше. Не обязательно!
Как же так? Большой конденсатор имеет более низкое реактивное сопротивление и сопротивление ESR, и поэтому должны лучше ослаблять любую пульсацию напряжения.
Если вы не используете стабилизатор, тогда в самом деле, чем больше, тем лучше, потому что это уменьшает размах пульсаций. Но если у вас в схеме есть стабилизатор, даже популярный 78xx, чрезмерное увеличение емкости фильтра не дает практически ничего! Стабилизатор уже снижает пульсации напряжения питания. Одним из важных параметров стабилизатора является его (динамическое) выходное сопротивление. Оно показывает, насколько измениться напряжения при изменении тока нагрузки. Это сопротивление на частотах ниже 1 кГц, даже у популярных стабилизаторов не превышает 30 .. 50 миллиом (0,03 ... 0,05 Ом). Между тем на пример конденсатор электролитический 100μF/16V на частоте 50Гц имеет реактивное сопротивление больше чем 30 Ом и сопротивление ESR более чем 1,5 Ом!
Развязка питания. Каждая электронная схема должна быть обеспечена качественным питанием, без высокочастотных помех. Обратите внимание как снижается сопротивление цепей питания, на высоких частостотах после включение маленького керамического конденсатора емкость 100 нанофаард. Как вы можете видеть, увеличение емкости мало что дает - на низких частотах решающее значение для подавления помех имеет стабилизатор, а не конденсатора. Однако конденсатор, необходим, что бы предотвратить самовозбуждение стабилизатора. В условиях более высоких частот ситуация несколько иная, потому что выходное сопротивление стабилизатора и ESR конденсатора больше, но все равно окончательный вывод тот же - не обязательно использовать электролиты с очень большой емкостью. Обычно в цепях питания используется электролитические конденсаторы емкостью 22 .. 220μF.
Может быть, вы достаточно давно занимаетесь электроникой и запротестуете: я ни когда не ставил маленькие керамических конденсаторов и как-то мои схемы работали. Возможно. Поздравляем вас с успехом! Может быть, некоторые действительно работают "как-то". Вы знаете пословицу: "Хотели как лучше, получилось как всегда"? Но я не я спорил с вами, на самом деле многие схемы могут работать практически без развязывающих конденсаторов в цепях питания. В другой раз нужен небольшой электролит.
Скажу больше: размещение конденсаторов в неправильном место на плате может свисти его работу на нет. Часто, вам нужно использовать не один, а несколько конденсаторы развязки: один рядом со стабилизатором, другие в различных точках питаемой схемы.
Эти общие положения не является исчерпывающим в борьбе с самовозбуждением и помехами, так как здесь имеют большую роль силовые проводники схемы, особенно массы. Важный вопрос, однако в настоящей статье не рассматривается.
Данный материал просто, поощряет использование конденсаторов развязки в каждой проектируемой схеме. Возьмите это, как правило: гораздо лучше использовать слишком много конденсаторов развязки питания, чем не достаточно. Не жалейте несколько пенни на десятке конденсаторов. В общем, вы сэкономите много нервов и разочарования.
Точность схемы
Другая область применения конденсаторов. Я хочу обратить внимание существуют схемы, которые требуют точности и стабильности параметров.
Вы будете строить, а может, и не будете строить различные типы фильтров и генераторов настроенных на определенную частоту. Частота должна быть постоянной, независимо от изменений температуры и других факторов.
Для генератора и LC фильтра для высоких частот этот вопрос относительно простой, потому что там должны быть катушка и стабильные керамические конденсаторы с емкостью 1 .. 1000pF (так называемый тип 1), их выпускаются с четко определенными температурными коэффициентами. Подобрав конденсаторы с температурным коэффициентом можно скомпенсировать изменение температуры и добиться хорошей стабильности.
Гораздо сложнее с фильтрами и генераторами низкой частоты, которые сейчас делают в основном как активные схемы, с применением операционных усилителей и RC элементов. Здесь емкость должна быть больше, чем 1nF, так что вы не можете использовать хорошие керамические конденсаторы (так называемый тип 1).
В то время как керамические конденсаторы с емкостью менее 1nF изготавливаются из керамики с хорошими параметрами, у керамического конденсатора с большей емкостью, диэлектрик намного хуже. Это как правило сегнетоэлектрическая керамика, она называется так из-за состава диэлектрического материала, - это так называемый тип 2. Похожие параметры имеют конденсаторы типа 3, с еще меньшими размерами, иногда называют полупроводниковыми конденсаторы (это настоящие конденсаторы они не имеют практически ничего общего с диодам и транзисторами).
Несколько минут назад я советовал вам применять такие конденсаторы для развязки питания.
Для этой цели они выдающиеся. Тем не менее, совершенно не подходит для точных схем. Емкость этих конденсаторов может меняться с температурой до нескольких десятков процентов! Что еще хуже, т ужасно (внимание, это любопытно!) – емкость также зависит от типа приложенного напряжения!
Это правда что в стабильности керамических конденсаторов емкостью несколько десятков нанофарад, при покупке не может быть ни какой уверенности.
Поэтому примем правило: не использовать крошечные керамические конденсаторы с емкостью больше, чем 1nF в RC и LC цепях.
Пленочные конденсаторы имеют лучшую стабильность, чем керамические.
Лучшие здесь конденсаторы полистироловые – польские KSF и зарубежные KS – известные больше как стирофлексовые (на практике говорят коротко: стрифлекс). Они имеют небольшой температурный коэффициент емкости примерно на -0,013% / ° C, а также небольшую зависимость емкости от относительной влажности.
Тем не менее, в настоящее время наиболее популярны на рынке полиэфирные конденсаторы, отечественные MKSE и зарубежные MKT с несколько худшей стабильностью, можно ожидать изменение емкости в пределах ± 3%. Много это или допустимо? Это зависит от требований к схеме. Большинство любительских конструкций, не требует большей стабильности. Таким образом, в RC цепи мы обычно используем конденсаторы MKSE (MKT).
Часто, вам также понадобится генераторы или одновибраторы очень медленных пульсов порядка секунд, минут или даже часов. Конечно, вы захотите использовать, "электролиты".
Какая будет стабильность параметров таких систем?
Наверное, помните, что емкость «мокрых электролитов" может значительно изменяться, в следствии, повреждения и повторное формирование слоя диэлектрика - оксида. Изменения в емкости может быть до нескольких десятков процентов.
Еще хуже проблема тока утечки. В системах с большой постоянной времени RC используется обычно резисторы с значением около мегаом, так что вы можете обнаружить, что ток, протекающий через резистор меньше, чем ток утечки разформованного конденсатора! Устройство не будет работать! Для предотвращения этого электролитических конденсаторы всегда должны быть под напряжением. Тогда они будут всегда заформованы и их ток утечки будет не значительный.
В целом, однако, в системах, требующих высокой точности и стабильность времени любой ценой, избегайте применение "электролитов". Вместо них используйте генераторы с твердотельными конденсаторами, а для получения большего времени используйте цифровые делители (счетчики). Здесь рекомендуются микросхемы CMOS 4541, которые позволяют создавать стабильные генераторы, на любое время.
В предыдущем разделе я обещал вам, что мы что ни будь, поломаем. Конечно поломаем! Теперь вы можете рассмотреть свойства конденсаторов самостоятельно.
Если у вас есть измеритель емкости, можно измерить емкость в разных условиях разных типов конденсаторов. Влияние температуры. Измерьте емкость: "холодного" и после нагревания. Выясните, на сколько измениться емкость конденсатора после пайки.
Проверьте таким образом, конденсаторы различных типов, сравните полученные результаты. Одно из таких практических занятий будет полезнее, чем несколько страниц описания характеристик этих элементов. И когда измерите, взмите нож, плоскогубцы, и посмотрите, как они устроенны.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 5/96 страница 52 edwpl.ucoz.ru Новые высоковольтные керамические конденсаторы для силовой электроникиВ статье представлены характеристики и варианты исполнения новой серии высоковольтных керамических конденсаторов, которые были изготовлены с использованием нового диэлектрического материала. Этот диэлектрик позволяет получить аналогичные значения емкости конденсаторов при заданном рабочем напряжении, как и при использовании материала X7R. Однако по сравнению с X7R он обладает существенным преимуществом благодаря присущему этому материалу весьма низкому тангенсу угла диэлектрических потерь (tgδ), который составляет менее чем 5х10–4. Это делает новые конденсаторы оптимально подходящими для силовых цепей, в которых выделение тепла, вызванное потерями, может привести к снижению надежности и ухудшению общих качественных характеристик.
Вступление Как известно, основной тенденцией развития современного электронного оборудования является его миниатюризация. А это, в свою очередь, приводит к необходимости внесения в конструкцию изделия изменений, связанных с повышением внутренней температуры, вызванным паразитным рассеиванием мощности. Следовательно, необходимо решать весьма непростые вопросы, связанные с отводом тепла, выделяемого компонентами электрической схемы. Чтобы многослойные керамические конденсаторы смогли соответствовать этим новым требованиям, есть два пути:
Этот второй вариант и подтолкнул компанию Exxelia Eurofarad разработать совершенно новую линейку высоковольтных керамических конденсаторов на основе нового диэлектрического материала, который был назван C48.
Технические ограничения Для изготовления керамических конденсаторов используются, в основном, два типа диэлектриков. Первый тип — NP0-керамика. Основа этого материала — диоксид титана, имеющий малую диэлектрическую постоянную (εr ≤ 100). Такая керамика является очень стабильной, и конденсаторы на ее основе характеризуются весьма незначительными изменениями емкости в условиях воздействий температуры (рис. 1), напряжения или частоты. Рис. 1. Типовая зависимость изменения собственной емкости конденсаторов, выполненных на основе NP0-керамики, от температуры Второй тип — X7R-керамика. Этот материал состоит, в основном, из титаната бария с высокой диэлектрической постоянной (1000 ≤ εr ≤ 5000) и имеет значительно большую зависимость от воздействия температуры, напряжения или частоты. Представление об этом дает рис. 2. Рис. 2. Типовое изменение емкости конденсаторов, выполненных на основе X7R-керамики, от температуры Целью изменения диэлектрика, используемого для изготовления новых конденсаторов Eurofarad, была необходимость найти и использовать такой керамический материал, применение которого позволит:
Таким образом, перед технологами Eurofarad стояла задача получить материал, который сочетал бы в себе наилучшие диэлектрические свойства материалов NP0 и X7R. В итоге выбор пал на диэлектрический материал с промежуточным значением диэлектрической постоянной (εr около 500), который мог быть использован в условиях большего градиента напряжения (отношение напряжения к диэлектрической толщине). Таким образом, емкость конденсаторов, выполненных на его основе, по отношению на единицу объема могла быть совместимой с емкостью конденсаторов на единицу объема, выполненных на базе диэлектрика типа X7R.
Диэлектрические характеристики и комментарии Основные характеристики выбранного материала, который сочетает в себе преимущества диэлектриков типа NP0 и X7R, приведены в таблице 1. Таблица 1. Основные характеристики диэлектрического материала C48 Как можно видеть, диэлектрическая проницаемость рассматриваемой керамики меньше, чем у классических X7R-материалов. Это позволяет, при сохранении стандартных габаритных размеров, выпускать конденсаторы емкостью лишь в половину от емкости конденсаторов с диэлектриком типа X7R (рис. 3), что, на первый взгляд, воспринимается, естественно, как некоторое ограничение. Рис. 3. Сравнение диапазонов емкости конденсаторов с диэлектриками типов NP0, X7R и C48, исполненными в одинаковых типоразмерах Но у этого диэлектрика есть положительное свойство: он является очень стабильным под воздействием напряжения. Потеря емкости выполненного на его основе конденсатора по отношению к напряжению постоянного тока составляет всего пару процентов (рис. 4), тогда как для классической керамики типа X7R (2R1) это значение достигает примерно 60% и более. Рис. 4. Изменение емкости конденсаторов на основе диэлектрика C48 в зависимости от уровня приложенного напряжения (в процентах относительно рабочего напряжения конденсатора) Если принять во внимание то значение емкости конденсатора, которое осталось под заданным номинальным напряжением (фактическое рабочее напряжение), то простой расчет показывает, что реальное значение емкости такого конденсатора будет соответствовать тому, как если бы в его конструкции использовались керамические диэлектрики типов X7R или 2R1. Кроме того, tgδ нового диэлектрика является весьма низким, обычно он составляет менее 0,05%. При таком уровне собственных потерь тепловыделение при использовании таких конденсаторов уже не имеет столь существенного значения. При одинаковых значениях емкости конденсаторы новой серии эквивалентны конденсаторам с диэлектриком типа X7R, но обладают непревзойденным преимуществом — практически отсутствует тепловыделение. Рисунок 5 демонстрирует эту особенность новых конденсаторов по сравнению с конденсаторами, выполненными на основе керамического материала X7R. Данные приведены на частоте 400 Гц. Как видим, в отличие от конденсаторов с диэлектриком типа X7R, температура корпуса конденсаторов C48X не повышается, что, естественно, делает их более надежными. Рис. 5. График изменения температуры конденсаторов типа C48X во всем рабочем диапазоне напряжений на частоте 400 Гц по сравнению с конденсаторами на основе керамики типа X7R Рассматриваемая керамика гораздо лучше приспособлена для использования в низкочастотных приложениях (как правило, для частот 50 и 400 Гц), чем материалы типа X7R. Вот почему она сейчас широко используется, например в оборудовании с непосредственным подключением к электрической сети. Кроме того, этот материал также может выдерживать и очень высокие скорости нарастания напряжения (dV/dt), которые могут достигать значений 10 кВ/мкс (для сравнения: типовое значение для классического X7R-диэлектрика составляет 100 В/мкс).
Номенклатура конденсаторов Конденсаторы Eurofarad с использованием керамического материала типа C48 разработаны на уровни рабочих напряжений от 200 В до 5 кВ с чипами типоразмеров от 1812 до 16080, что позволяет получить максимальное значение ем-кости таких чип-конденсаторов, равное 10 мкФ, с рабочим напряжением 200 В. В то же время варианты в виде сборок предлагаются с максимальным значением емкости в 47 мкФ с рабочим напряжением 200 В. Принимая во внимание низкие собственные потери рассматриваемых конденсаторов, можно сделать вывод о том, что такой продукт будет оптимально пригодным для использования в решениях, предназначенных для силовых цепей. Таблица 2. Различные исполнения конденсаторов, предлагаемых для серии C48X. Более подробная информация представлена в Приложении 1. Что касается монтажа этих конденсаторов, то, чтобы обеспечить их совместимость и с технологией поверхностного монтажа, и с монтажом через сквозные отверстия, предусмотрен достаточно широкий ряд доступных для применения конфигураций в части конструктивного исполнения (таблица 2). Все эти версии подходят для использования в оборудовании, работающем в космическом пространстве, и могут быть разработаны так, чтобы избежать риска роста «усов» олова. В этом случае нельзя использовать припои без содержания как минимум 10% свинца.
Комментарий специалиста Ольга Синякова, инженер по внедрению департамента пассивных компонентов холдинга PT Electronics, [email protected] Немаловажным преимуществом является то, что использование диэлектрика C48X позволяет конденсаторам выдерживать очень высокие скорости нарастания напряжения dV/dt — до 10 кВ/мкс. Это делает конденсаторы типа C48X отлично приспособленными для импульсных устройств и приложений, требующих многократных циклов заряда/разряда, а также устройств военного назначения.
Для целей поверхностного монтажа, компоненты могут быть выбраны в исполнении для установки непосредственно на плату, что характерно для большинства обычных конденсаторов, или (что рекомендуется для конденсаторов больших типоразмеров) использовать конденсаторы с ленточными выводами (R-версии) либо с выводами типа DIL (версии P, PL и L). В последнем случае будет поглощаться большая часть термомеханических напряжений, предотвращая таким образом образование трещин в керамическом материале конденсаторов. При необходимости монтажа в отверстия печатной платы могут использоваться конденсаторы с выводами DIL (DualIn-Line package — плоский корпус с двусторонним расположением выводов, версия N) или с классическими проволочными радиальными выводами, пригодными как для пайки вручную, так и для групповой пайки волной припоя. Для такого монтажа доступны конденсаторы с различными покрытиями, которые выбираются в зависимости от требуемой степени защиты от воздействия окружающей среды.
Области применения и новые разработки Компания Eurofarad производит продукцию для основных аэрокосмических и оборонных предприятий, многие из предлагаемых конденсаторов уже используются в ракетной технике, в системах регулирования и управления двигателями, устройствах молниезащиты, центральных процессорных блоках. Характеристики материала C48 (кроме зависимости их емкости от температуры) достаточно близки по характеристикам к конденсаторам, выполненным с использованием керамики типа NP0. Так, предполагается, что для тех приложений, где стабильность температуры не является ключевым параметром, при использовании этой новой керамики емкость конденсаторов NP0 может быть увеличена с коэффициентом, равным пяти. Или, если посмотреть с другой стороны, для заданного номинала емкости габариты конденсатора могут быть уменьшены в пять раз, что является весьма перспективным для целей миниатюризации приложений, в которых ранее использовались конденсаторы с диэлектриком типа NP0. Еще одним направлением для дальнейшего развития конденсаторов типа C48X является разработка изделий для целей космической отрасли. Работы компании Eurofarad активно направлены на разработку и квалификацию для космического применения конденсаторов, рассчитанных на более низкие рабочие напряжения и имеющих меньшие габаритные размеры. Начало работ ориентировочно запланировано на середину 2015 г.
Заключение Предлагаемая новая серия высоковольтных конденсаторов выпускается с использованием керамического диэлектрика, характеристики которого имеют промежуточное значение между показателями для материалов типа NP0 и X7R (2R1), и является весьма перспективной, например для использования в цепях питания космического оборудования. Опыт применения конденсаторов Eurofarad в военной и аэрокосмической технике подтверждает, что именно такой вариант конструктивного исполнения может быть очень полезным для использования в этой области.
Приложение к статье
vestnikmag.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Конденсаторы группы КМ D (зеленые) содержат 40 гр. платины, то есть на 20% меньше, чем в конденсаторах группы Н30 (зеленые). Конденсаторы типа КМ группы Н90, имеющие в своей маркировке букву V, содержат драгоценных металлов на 10% больше, чем конденсаторы группы Н90. По идее, такие конденсаторы должны быть дороже остальных керамических конденсаторов группы Н90 зеленого цвета. А меньшие конденсаторы должны быть дешевле. На практике все конденсаторы КМ группы Н90 зеленого цвета стоят одинаково. Стоимость конденсаторов КМ напрямую зависит от цены на драгоценные металлы, а также от стоимости затрат на аффинаж. Самые распространенные керамические конденсаторы КМ (фото демонстрирует внешний вид конденсаторов типа КМ) - это конденсаторы КМ группы Н90 зеленого и оранжевого цветов.
