Конденсатори, властивості конденсатора, позначення конденсаторів на схемах, основні параметри

1. конденсатор
2. Основні параметри конденсаторів
3. Питома ємність конденсаторів
4. Номінальна напруга конденсаторів
5. Номінальна напруга конденсаторів
6. полярність конденсаторів
7. Паразитні параметри конденсаторів
8. Електричний опір ізоляції конденсатора - r
9. Еквівалентна послідовна індуктивність - L
10. Діелектричне поглинання конденсаторів

відкриваємо ефір / Конденсатори, властивості конденсатора, позначення конденсаторів на схемах, основні параметри

конденсатор

Що таке конденсатор? Конденсатор це система з двох і більше електродів (зазвичай у формі пластин, званих обкладинками), розділених діелектриком, товщина якого мала в порівнянні з розмірами обкладок конденсатора. Така система має взаємної ємністю і здатна зберігати електричний заряд.ТОесть з малюнка видно що це дві паралельні металеві пластини розділені якимось матеріалом (діелектріком- ця речовина яке не проводить електричний струм)

У 1745 році в Лейдені німецький фізик Евальд Юрген фон Клейст і голландський фізик Пітер ван Мушенбрук створили перший конденсатор -.

Лейденська банку - перший електричний конденсатор, винайдений голландськими вченими Мушенбреком і його учнем Кюнеусом в 1745 в Лейдені. Паралельно і незалежно від них подібний апарат, під назвою винайшов німецький учений Клейст. Лейденська банку представляла собою закупорену наповнену водою скляну банку, обклеєну всередині і зовні фольгою. Крізь кришку в банку був забито металевий стрижень. Лейденська банку дозволяла накопичувати і зберігати порівняно великі заряди, порядку мікрокулона. Винахід лейденської банки стимулювало вивчення електрики, зокрема швидкості його поширення та електропровідних властивостей деяких матеріалів. З'ясувалося, що метали і вода кращі провідники електрики. Завдяки Лейденської банку вдалося вперше штучним шляхом отримати електричну іскру.

Конденсатор в ланцюзі постійного струму не проводить струм, так як його обкладки розділені діелектриком. У ланцюзі же змінного струму він проводить коливання змінного струму за допомогою циклічної перезарядки конденсатора. У термінах методу комплексних амплітуд конденсатор має комплексний импедансом

де j - уявна одиниця, w - частота [1] протікає синусоїдального струму, - ємність конденсатора.Звідси також випливає, що реактивний опір конденсатора одно:
Для постійного струму частота дорівнює нулю, отже, реактивне опір конденсатора нескінченно (в ідеальному випадку).

При зміні частоти змінюються діелектрична проникність діелектрика і ступінь впливу паразитних параметрів - власної індуктивності і опору втрат. На високих частотах будь-який конденсатор можна розглядати як послідовний коливальний контур, утворений ємністю, власної індуктивністю і опором втрат. Резонансна частота конденсатора дорівнює:

приконденсатор в колі змінного струму поводиться як котушка індуктивності.Отже, конденсатор доцільно використовувати лише на частотах, На яких його опір носить ємнісний характер.Зазвичай максимальна робоча частота конденсатора приблизно в 2-3 рази нижче резонансної.Конденсатор може накопичувати електричну енергію.Енергія зарядженого конденсатора:де U - напруга (різниця потенціалів), до якого заряджений конденсатор.У Росії умовні графічні позначення конденсаторів на схемах повинні відповідати ГОСТ 2.728-74 або міжнародним стандартом IEEE 315-1975:

На електричних принципових схемах номінальна ємність конденсаторів зазвичай вказується в мікрофарадах або пікофарад (1 мкФ = 106 пФ). При ємності не більше 0,01 мкФ, ємність конденсатора вказують в пікофарад, при цьому допустимо не вказувати одиницю виміру, тобто постфікси опускають. При позначенні номіналу ємності в інших одиницях вказують одиницю виміру (пикофарад). Для електролітичних конденсаторів, а також для високовольтних конденсаторів на схемах, після позначення номіналу ємності, вказують їх максимальна робоча напруга в вольтах (В) або кіловольт (кВ). Наприклад так:. Для змінних конденсаторів вказують діапазон зміни ємності, наприклад так:.

Основні параметри конденсаторів

Ємність конденсаторів

Основною характеристикою конденсатора є його електрична ємність (точніше номінальна ємність), яка визначає його заряд в залежності від напруги на обкладках (q = CU). Типові значення ємності конденсаторів складають від одиниць пикофарад до сотень микрофарад. Однак існують конденсатори з ємністю до десятків фарад.

Ємність плоского конденсатора, що складається з двох паралельних металевих пластин площеюкожна, розташованих на відстаніодин від одного, в системі СІ виражається формулою:

де - відносна діелектрична проникність середовища, що заповнює простір між пластинами (ця формула справедлива, лише коли багато менше лінійних розмірів пластин).

Для отримання великих ємностей конденсатори з'єднують паралельно. При цьому напруга між обкладками всіх конденсаторів однаково. Загальна ємність батареї паралельно з'єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей всіх конденсаторів, що входять в батарею.

Якщо у всіх паралельно з'єднаних конденсаторів відстань між обкладинками та властивості діелектрика однакові, то ці конденсатори можна уявити як один великий конденсатор, розділений на фрагменти меншої площі. При послідовному з'єднанні конденсаторів заряди усіх конденсаторів однакові. Загальна ємність батареї послідовно з'єднаних конденсаторів дорівнює

Ця ємність завжди менша за мінімальну ємності конденсатора, що входить в батарею. Однак при послідовному з'єднанні зменшується можливість пробою конденсаторів, так як на кожен конденсатор доводиться лише частина різниці потенціалів джерела напруги. Якщо площа обкладок всіх конденсаторів, з'єднаних послідовно, однакова, то ці конденсатори можна представити у вигляді одного великого конденсатора, між обкладками якого знаходиться стопка з пластин діелектрика всіх складових його конденсаторів.

Питома ємність конденсаторів

Конденсатори також характеризуються питомою ємністю - відношенням ємності до обсягу (або масі) діелектрика. Максимальне значення питомої ємності досягається при мінімальній товщині діелектрика, однак при цьому зменшується його напруга пробою.

Номінальна напруга конденсаторів

Інший, не менш важливою характеристикою конденсаторів є номінальна напруга - значення напруги, позначене на конденсаторі, при якому він може працювати в заданих умовах протягом терміну служби зі збереженням параметрів в допустимих межах. Номінальна напруга залежить від конструкції конденсатора і властивостей застосовуваних матеріалів. При експлуатації напруга на конденсаторі не повинно перевищувати номінального. Для багатьох типів конденсаторів із збільшенням температури допустима напруга знижується.

Номінальна напруга конденсаторів

Інший, не менш важливою характеристикою конденсаторів є номінальна напруга - значення напруги, позначене на конденсаторі, при якому він може працювати в заданих умовах протягом терміну служби зі збереженням параметрів в допустимих межах. Номінальна напруга залежить від конструкції конденсатора і властивостей застосовуваних матеріалів. При експлуатації напруга на конденсаторі не повинно перевищувати номінального. Для багатьох типів конденсаторів із збільшенням температури допустима напруга знижується.

полярність конденсаторів

Багато конденсатори з оксидним діелектриком (електролітичні) функціонують тільки при коректної полярності напруги через хімічних особливостей взаємодії електроліту з діелектриком. При зворотній полярності напруги електролітичні конденсатори зазвичай виходять з ладу через хімічне руйнування діелектрика з подальшим збільшенням струму, скипанням електроліту всередині і, як наслідок, з імовірністю вибуху корпусу. Вибухи електролітичних конденсаторів - досить поширене явище. Основною причиною вибухів є перегрів конденсатора, що викликається в більшості випадків витоком або підвищенням еквівалентного послідовного опору внаслідок старіння (актуально для імпульсних пристроїв). Для зменшення ушкоджень інших деталей і травматизму персоналу в сучасних конденсаторах великої ємності встановлюють клапан або виконують насічку на корпусі (часто можна помітити її у формі літери X, K або Т на торці). При підвищенні внутрішнього тиску відкривається клапан або корпус руйнується по насічці, випарувався електроліт виходить у вигляді їдкого газу, і тиск спадає без вибуху і осколків.

Паразитні параметри конденсаторів

Реальні конденсатори, крім ємності, мають також власними опором і індуктивністю. З високим ступенем точності, еквівалентну схему реального конденсатора можна представити таким чином:

• С - власна ємність конденсатора;

• r - опір ізоляції конденсатора;

• R - еквівалентний послідовний опір;

• L - еквівалентна послідовна індуктивність.

Електричний опір ізоляції конденсатора - r

Еквівалентний послідовний опір - R

Еквівалентний послідовний опір (ЕРС, англ. ESR) обумовлено головним чином електричним опором матеріалу обкладок і висновків конденсатора і контакту (-ів) між ними, а також втратами в діелектрику. Зазвичай ЕРС зростає зі збільшенням частоти струму, що протікає через конденсатор. У більшості випадків цим параметром можна знехтувати, але іноді (напр., В разі використання електролітичних конденсаторів у фільтрах імпульсних блоків живлення) досить мале його значення може бути життєво важливим для надійності пристрою (див., Напр., Capacitor plague (англ.)) .

Еквівалентна послідовна індуктивність - L

Тангенс кута втрат

Температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) конденсаторів

де? T - збільшення температури в ° C або ° К відносно нормальних умов, при яких специфіковане значення ємності. TKE застосовується для характеристики конденсаторів зі значною лінійною залежністю ємності від температури. Однак ТКЕ визначається не для всіх типів конденсаторів. Для характеристики конденсаторів з вираженою нелінійною залежністю зазвичай вказують граничні величини відхилень від номіналу в робочому діапазоні температур.

Діелектричне поглинання конденсаторів

Якщо заряджений конденсатор швидко розрядити до нульової напруги шляхом підключення низкоомной навантаження, а потім зняти навантаження і спостерігати за напругою на висновках конденсатора, то ми побачимо, що напруга повільно підвищується. Це явище отримало назву діелектричне поглинання або адсорбція електричного заряду. Конденсатор поводиться так, немов паралельно йому підключено безліч послідовних RC-ланцюжків з різною постійної часу. Інтенсивність прояву цього ефекту залежить в основному від властивостей діелектрика конденсатора. Найменшим діелектричним поглинанням володіють конденсатори з тефлоновим (фторопластовим) діелектриком. Подібний ефект можна спостерігати і на більшості електролітичних конденсаторів, але в них він є наслідком хімічних реакцій між електролітом і обкладинками.

• Конденсатори вакуумні (обкладання без діелектрика знаходяться в вакуумі).
• Конденсатори з газоподібним діелектриком.
• Конденсатори з рідким діелектриком.
• Конденсатори з твердим неорганічним діелектриком: скляні (стеклоемальовиє, стеклокерамические, стеклоплёночние), слюдяні, керамічні, тонкошарові з неорганічних плівок.
• Конденсатори з твердим органічним діелектриком: паперові, металопаперові, плівкові, комбіновані - бумажноплёночние, тонкошарові з органічних синтетичних плівок.
• Електролітичні і оксидно-напівпровідникові конденсатори. Такі конденсатори відрізняються від всіх інших типів перш за все своєю величезною питомою ємністю. В якості діелектрика використовується оксидний шар на металі, що є анодом. Друга обкладка (катод) - це або електроліт (у електролітичних конденсаторах) або шар напівпровідника (в оксидно-напівпровідникових), нанесений безпосередньо на оксидний шар. Анод виготовляється, в залежності від типу конденсатора, з алюмінієвої, ниобиевой або танталовой фольги.
  Крім того, конденсатори розрізняються по можливості зміни своєї ємності:
• Постійні конденсатори - основний клас конденсаторів, що не міняють своєї ємності (крім як протягом терміну служби).
• Змінні конденсатори - конденсатори, які дозволяють зміни ємності в процесі функціонування апаратури. Управління ємністю може відбуватися механічно, електричною напругою (Варіконди, варикапи) і температурою (термоконденсатори). Застосовуються, наприклад, в радіоприймачах для перебудови частоти резонансного контуру.
• Конденсатори підлаштування - конденсатори, ємність яких змінюється при разової або періодичної регулюванню і не змінюється в процесі функціонування апаратури. Їх використовують для підстроювання і вирівнювання початкових ємностей сполучених контурів, для періодичного підлаштування та регулювання ланцюгів схем, де потрібна незначна зміна ємності.
• Конденсатори підлаштування - конденсатори, ємність яких змінюється при разової або періодичної регулюванню і не змінюється в процесі функціонування апаратури. Їх використовують для підстроювання і вирівнювання початкових ємностей сполучених контурів, для періодичного підлаштування та регулювання ланцюгів схем, де потрібна незначна зміна ємності.
• Залежно від призначення можна умовно розділити конденсатори на конденсатори загального і спеціального призначення. Конденсатори загального призначення використовуються практично в більшості видів і класів апаратури. Традиційно до них відносять найбільш поширені низьковольтні конденсатори, до яких не пред'являються особливі вимоги. Всі інші конденсатори є спеціальними. До них відносяться високовольтні, імпульсні, помехоподавляюшіе, дозиметричні, пускові та інші конденсатори.

Короткий позначення! Типи конденсаторів:
БМ - паперовий малогабаритний
БМТ - паперовий малогабаритний теплостійкий
КД - керамічний дисковий
КЛС - керамічний литий секційний
КМ - керамічний монолітний
КПК-М - підлаштування керамічний малогабаритний
КСВ - слюдяно опресованний
КТ - керамічний трубчастий
МБГ - металопаперові герметизований
МБГО - металопаперові герметизований одношаровий
МБГТ - металопаперові герметизований теплостійкий
МБГЧ - металопаперові герметизований одношаровий
МБМ - металопаперові малогабаритний
ПМ - полістироловий малогабаритний
ПО - плівковий відкритий
ПСО - плівковий стірофлексний відкритий

За матеріалами: wikipedia.org, radiopartal.tut.su, aes.at.ua

http://ur4nww.da.ru