Typy kondenzátorů. Elektrické kondenzátory

Všechny typy kondenzátorů mají stejné základní zařízení, skládá se ze dvou vodivých desek (desek), na kterých se soustřeďují elektrické náboje opačných pólů, a vrstvy izolačního materiálu mezi nimi.

Použité materiály a velikost desek s různými parametry dielektrické vrstvy ovlivňují vlastnosti kondenzátoru.

Klasifikace

Kondenzátory jsou rozděleny do typů podle následujících faktorů.

Jmenování

• obecný účel . Jedná se o oblíbený typ kondenzátoru používaný v elektronice. Nejsou na ně kladeny žádné zvláštní požadavky.
• Speciální . Takové kondenzátory mají zvýšenou spolehlivost při daném napětí a dalších parametrech při spouštění elektromotorů a speciálních zařízení.

změna kapacity

• Konstantní kapacita . Nemají možnost měnit kapacitu.
• variabilní kapacita . Mohou měnit hodnotu kapacity při vystavení teplotě, napětí, upravovat polohu desek. Mezi variabilní kondenzátory patří:
  Trimmerové kondenzátory nejsou určeny pro nepřetržitý provoz spojený s rychlým přizpůsobením kapacity. Slouží pouze k jednorázovému seřízení zařízení a periodickému seřízení nádrže.
  Nelineární kondenzátory měnit jejich kapacitu z vlivů teploty a napětí podle nelineárního plánu. Kondenzátory, jejichž kapacita závisí na napětí, se nazývají varikondy , na teplotě - tepelné kondenzátory .

Způsob ochrany

• Nechráněný pracovat za normálních podmínek, nemají žádnou ochranu.
• Chráněný kondenzátory jsou vyrobeny v chráněném pouzdře, takže mohou pracovat při vysoké vlhkosti.
• Neizolovaný mají otevřené pouzdro a nejsou izolovány od možného kontaktu s různými prvky obvodu.
• Izolovaný kondenzátory jsou vyrobeny v uzavřeném pouzdře.
• zhutněné mají tělo vyplněné speciálními materiály.
• Zapečetěno mají utěsněné pouzdro, zcela izolované od vnějšího prostředí.

typ instalace

• Jízdní jsou rozděleny do několika typů s;
  - páskové výstupy;
  - nosný šroub;
  - kulaté elektrody;
  - radiální nebo axiální vedení.
• Kondenzátory se šroubovými svorkami opatřena závitem pro spojení s obvodem, používaným v silových obvodech. Takové závěry je snazší opravit na chladicích radiátorech, aby se snížilo tepelné zatížení.
• Kondenzátory S snap-in terminály jsou novým vývojem, při montáži na desku zacvaknou na místo. To je velmi výhodné, protože není třeba používat pájení.
• Kondenzátory navrženy pro povrchovou montáž, mají konstrukční prvek: části pouzdra jsou závěry.
• Kapacity pro tiskařský lis jsou vyrobeny s kulatými vývody pro umístění na desce.

Podle materiálu dielektrika

Izolační odpor mezi deskami závisí na parametrech izolačního materiálu. Záleží také na přípustných ztrátách a dalších parametrech. Zvažte typy kondenzátorů, které mají různé dielektrické materiály.

• Kondenzátory s anorganickým izolantem ze sklokeramiky, smaltu, slídy. Na dielektrický materiál je nanesen kovový povlak nebo fólie.
• Nízká frekvence Kondenzátory obsahují izolační materiál ve formě slabě polárních organických filmů, ve kterých dielektrické ztráty závisí na frekvenci proudu.
• Vysokofrekvenční modely obsahují fólie z fluoroplastu a polystyrenu.
• Vysokonapěťové impulsní modely mají izolátor z kombinovaných materiálů.
• v kondenzátorech konstantní napětí já Jako dielektrikum se používá PTFE, papír nebo kombinovaný materiál.
• Nízké napětí modely pracují s napětím do 1,6 kV.
• Vysokého napětí modely pracují při napětí nad 1,6 kV.
• Dozimetrické Kondenzátory se používají pro práci s nízkým proudem, mají nízké samovybíjení a vysoký izolační odpor.
• Potlačení rušení kapacity snižují rušení elektromagnetickým polem, mají nízkou indukčnost.
• Kapacity s organickým izolantem vyrobené s použitím kondenzátorového papíru a různých fólií.
• Vakuové, vzduchové, plněné plynem kondenzátory mají nízké dielektrické ztráty, proto se používají ve vysokofrekvenčních zařízeních.

Forma desek

• Sférický.
• Byt.
• Válcový.

Polarity

• Elektrolytické kondenzátory se nazývají oxid. Při jejich zapojování je bezpodmínečně nutné dodržet polaritu výstupů. Elektrolytické kondenzátory obsahují dielektrikum sestávající z oxidové vrstvy elektrochemicky vytvořené na tantalové nebo hliníkové anodě. Katoda je elektrolyt v kapalné nebo gelové formě.
• nepolární kondenzátory mohou být zapojeny do obvodu bez dodržení polarity.

Designové vlastnosti

Výše uvedené typy kondenzátorů nejsou všechny velmi populární. Proto budeme podrobněji zvažovat konstrukční vlastnosti nejpoužívanějších typů kondenzátorů.

Vzduchové typy kondenzátorů

Jako dielektrikum se používá vzduch. Tyto typy kondenzátorů se dobře osvědčily při provozu na vysoké frekvenci jako ladicí kondenzátory s proměnnou kapacitou. Pohyblivá deska kondenzátoru je rotor a pevná deska se nazývá stator. Když jsou desky vůči sobě posunuty, změní se celková plocha průsečíku těchto desek a kapacita kondenzátoru. Dříve byly takové kondenzátory velmi oblíbené v rozhlasových přijímačích pro ladění rozhlasových stanic.

Keramický

Takové kondenzátory jsou vyrobeny ve formě jedné nebo více desek vyrobených ze speciální keramiky. Kovové desky se vyrábějí nástřikem vrstvy kovu na keramickou desku a poté jsou připojeny k vodičům. Keramický materiál lze aplikovat s různými vlastnostmi.

Jejich rozmanitost je dána širokým rozsahem dielektrické permitivity. Může dosáhnout několika desítek tisíc farad na metr a je k dispozici pouze pro tento typ kontejneru. Tato vlastnost keramických kapacit umožňuje vytvářet velké kapacitní hodnoty, které jsou srovnatelné s elektrolytickými kondenzátory, ale polarita připojení pro ně není důležitá.

Keramika má nelineární komplexní závislost vlastností na napětí, frekvenci a teplotě. Vzhledem k malé velikosti balení se tyto typy kondenzátorů používají v kompaktních zařízeních.

Film

V takových modelech působí plastová fólie jako dielektrikum: polykarbonát, polypropylen nebo polyester.

Desky kondenzátoru jsou stříkané nebo vyrobené ve formě fólie. Novým materiálem je polyfenylensulfid.

Parametry filmového kondenzátoru

• Používá se pro rezonanční obvody.
• Nejnižší svodový proud.
• Malá kapacita.
• Vysoká síla.
• Odolá vysokému proudu.
• Odolný proti elektrickému průrazu (odolává vysokému napětí).
• Nejvyšší provozní teplota je až 125 stupňů.

Polymer

Tyto modely se liší od elektrolytických nádob přítomností polymerního materiálu namísto oxidového filmu mezi deskami. Nepodléhají úniku náboje a nadýmání.

Parametry polymeru poskytují významný pulzní proud, konstantní teplotní koeficient a nízký odpor. Polymerní modely jsou schopny nahradit elektrolytické modely ve filtrech pulzních zdrojů a dalších zařízení.

Elektrolytické

Od papírových modelů se elektrolytické kondenzátory liší dielektrickým materiálem, kterým je oxid kovu, vzniklý elektrochemickou metodou na kladné výstelce.

Druhá deska je vyrobena ze suchého nebo kapalného elektrolytu. Elektrody jsou obvykle vyrobeny z tantalu nebo hliníku. Všechny elektrolytické nádoby jsou považovány za polarizované a jsou schopny normálně pracovat pouze při konstantním napětí s určitou polaritou.

Pokud není polarita dodržena, může uvnitř nádoby nastat nevratný chemický proces, který povede k jejímu selhání nebo dokonce explozi, protože se uvolní plyn.

Superkondenzátory, které se nazývají ionistory, lze přiřadit k elektrolytickým. Mají velmi velkou kapacitu, dosahující tisíců farad.

Tantalový elektrolytický

Zařízení tantalových elektrolytů má vlastnost v tantalové elektrodě. Dielektrikem je oxid tantaličný.

Možnosti

• Nevýznamný svodový proud, na rozdíl od hliníkových typů.
• Malé velikosti.
• Odolnost vůči vnějším vlivům.
• Malý aktivní odpor.
• Vysoká citlivost při chybném zapojení pólů.

Hliníkový elektrolytický

Kladný pól je hliníková elektroda. Jako dielektrikum byl použit oxid hlinitý. Používají se v impulsních blocích a jsou výstupním filtrem.

Možnosti

• Velká kapacita.
• Správný provoz pouze při nízkých frekvencích.
• Zvýšený poměr kapacity k velikosti: Jiné typy kondenzátorů by měly větší velikosti se stejnou kapacitou.
• Velký únik proudu.
• Nízká indukčnost.

Papír

Dielektrikum mezi fóliovými deskami je speciální kondenzátorový papír. V elektronických zařízeních papírové typy kondenzátorů obvykle pracují ve vysokofrekvenčních a nízkofrekvenčních obvodech.

Kovovo-papírové kondenzátory mají těsnost, vysokou specifickou kapacitu, vysoce kvalitní elektrickou izolaci. Jejich konstrukce využívá vakuové nanášení kovu na papírové dielektrikum místo fólie.

Papírové kondenzátory nemají vysokou mechanickou pevnost. V tomto ohledu jsou jeho vnitřnosti umístěny v kovovém pouzdře, které chrání jeho zařízení.

Jsou polární a nepolární. Jejich rozdíly jsou v tom, že některé se používají v obvodech stejnosměrného napětí, zatímco jiné se používají v obvodech střídavých. V obvodech střídavého napětí je možné použít pevné kondenzátory, když jsou zapojeny do série se stejnými póly, ale nevykazují nejlepší parametry.

Kondenzátory nepolární

Nepolární, stejně jako rezistory, jsou pevné, proměnné a ladící.

Vyžínače kondenzátory se používají k ladění rezonančních obvodů v zařízeních transceiveru.

Rýže. 1. Kondenzátory PDA

typ PDA. Jsou to postříbřené desky a keramický izolátor. Mají kapacitu několik desítek pikofarad. Můžete se setkat v jakýchkoli přijímačích, rádiích a televizních modulátorech. Trimrové kondenzátory se také označují písmeny KT. Za ním následuje číslo označující typ dielektrika:

1 - vakuum; 2 - vzduch; 3 - plněné plynem; 4 - pevné dielektrikum; 5 - kapalné dielektrikum. Například označení KP2 znamená proměnný kondenzátor se vzduchovým dielektrikem a označení KT4 znamená ladicí kondenzátor s pevným dielektrikem.

Rýže. 2 Moderní trimrové čipové kondenzátory

Chcete-li naladit rádiové přijímače na požadovanou frekvenci, použijte variabilní kondenzátory(KPI)

Rýže. 3 KPI kondenzátorů

Lze je nalézt pouze v zařízeních transceiverů.

1- KPI se vzduchovým dielektrikem, najdete jej v každém rádiovém přijímači 60-80.
2 - variabilní kondenzátor pro VHF jednotky s noniusem
3 - variabilní kondenzátor, používaný v přijímacích zařízeních 90. let dodnes, najdete v každém hudebním centru, magnetofonu, kazetovém přehrávači s přijímačem. Vyrobeno hlavně v Číně.

Existuje velké množství typů permanentních kondenzátorů, v rámci tohoto článku nelze popsat celou jejich rozmanitost, popíšu pouze ty, které se nejčastěji nacházejí ve vybavení domácnosti.

Rýže. 4 Kondenzátor KSO

Kondenzátory KSO - Lisovaný slídový kondenzátor. Dielektrikum - slída, desky - hliníkové naprašování. Zapouzdřeno v hnědé směsi. Nacházejí se ve výbavě 30-70 let, kapacita nepřesahuje několik desítek nanofaradů, případ je indikován u pikofaradů, nanofaradů a mikrofaradů. Díky použití slídy jako dielektrika jsou tyto kondenzátory schopny pracovat na vysokých frekvencích, protože mají nízké ztráty a mají velký svodový odpor asi 10^10 ohmů.

Rýže. 5 kondenzátorů KTK

Kondenzátory KTK - Trubkový keramický kondenzátor Jako dielektrikum je použita keramická trubice, desky ze stříbra. Byly široce používány v oscilačních obvodech lampových zařízení od 40. do počátku osmdesátých let. Barva kondenzátoru znamená TKE (Temperature Coefficient of Capacitance Change). Vedle nádoby je zpravidla předepsána skupina TKE, která má abecední nebo číselné označení (tab. 1.) Jak je z tabulky patrné, tepelně nejstabilnější jsou modrá a šedá. Obecně je tento typ velmi dobrý pro HF techniku.

Tabulka 1. Označení TKE keramických kondenzátorů

Při nastavování přijímačů je často nutné zvolit kondenzátory pro heterodyní a vstupní obvody. Pokud přijímač používá kondenzátory KTK, pak lze výběr kapacity kondenzátorů v těchto obvodech zjednodušit. K tomu je několik závitů drátu PEL 0,3 pevně navinuto na pouzdro kondenzátoru v blízkosti terminálu a jeden z konců této spirály je připájen ke svorce kondenzátorů. Roztažením a posunutím závitů spirály je možné upravit kapacitu kondenzátoru v malém rozsahu. Může se stát, že připojením konce spirálky k jedné z vývodů kondenzátoru není možné dosáhnout změny kapacity. V tomto případě by měla být spirála připájena k jinému terminálu.

Rýže. 6 keramických kondenzátorů. Nahoře sovětské, dole dovezené.

Keramické kondenzátory, obvykle se jim říká „červené vlajky“ a někdy se také vyskytuje název „hlína“. Tyto kondenzátory jsou široce používány ve vysokofrekvenčních obvodech. Obvykle tyto kondenzátory nejsou uvedeny a amatéři je používají zřídka, protože kondenzátory stejného typu mohou být vyrobeny z různé keramiky a mají různé vlastnosti. V keramických kondenzátorech, zatímco nabývají na velikosti, ztrácejí na tepelné stabilitě a linearitě. Nádoba a TKE jsou vyznačeny na obalu (tabulka 2.)

tabulka 2

Stačí se podívat na povolenou změnu kapacity pro kondenzátory s TKE H90, kapacita se může téměř zdvojnásobit! Pro mnoho účelů to není přijatelné, ale přesto byste tento typ neměli odmítat, s malým teplotním rozdílem a nepřísnými požadavky je lze použít. Paralelním zapojením kondenzátorů s různými znaménky TKE lze získat dostatečně vysokou stabilitu výsledné kapacity. Můžete se s nimi setkat v jakékoli výbavě, Číňané mají ve svých řemeslech obzvlášť zálibu.

Na pouzdru mají označení kapacity v pikofaradech nebo nanofaradech, importované jsou označeny číselným kódováním. První dvě číslice označují hodnotu kapacity v pikofaradech (pF), poslední - počet nul. Když má kondenzátor kapacitu menší než 10 pF, pak poslední číslice může být "9". Pro kapacity menší než 1,0 pF je první číslice "0". Jako desetinná čárka se používá písmeno R. Například kód 010 je 1,0 pF, kód 0R5 je 0,5 pF. Několik příkladů je shrnuto v tabulce:

Alfanumerické označení:
22p-22 pikofarad
2n2-2,2 nanofarad
n10 - 100 pikofaradů

Zvláště bych chtěl poznamenat keramické kondenzátory typu KM, používají se v průmyslových zařízeních a vojenských zařízeních, mají vysokou stabilitu, je velmi obtížné je najít, protože obsahují kovy vzácných zemin, a pokud najdete desku, kde je tato je použit typ kondenzátoru, pak v 70 % případů vám byly vyříznuty).

V posledním desetiletí se rádiové komponenty pro povrchovou montáž staly velmi často používanými, zde jsou hlavní velikosti balení pro keramické čipové kondenzátory

Kondenzátory MBM - kovový papírový kondenzátor (obr. 6.), Zpravidla se používal v elektronkových zařízeních pro zesílení zvuku. Nyní vysoce ceněný některými audiofily. Také tohoto typu jsou kondenzátory K42U-2 vojenského schválení, ale někdy je lze nalézt v domácích spotřebičích.

Rýže. 7 Kondenzátor MBM a K42U-2

Samostatně je třeba poznamenat takové typy kondenzátorů jako MBGO a MBGCH (obr. 8), amatéři se často používají jako spouštěcí kondenzátory pro spouštění elektromotorů. Jako příklad moje rezerva pro 7kW motor (obrázek 9.). Navrženy pro vysoké napětí od 160 do 1000V, což jim dává mnoho různých aplikací v každodenním životě a průmyslu. Je třeba si uvědomit, že pro použití v domácí síti je třeba vzít kondenzátory s provozním napětím nejméně 350V. Takové kondenzátory najdete ve starých domácích pračkách, různých zařízeních s elektromotory a v průmyslových instalacích. Často se používá jako filtry pro akustické systémy, které k tomu mají dobré parametry.

Rýže. 8. MBGO, MBGCH

Rýže. 9

Kromě označení označujícího konstrukční vlastnosti (KSO - stlačený slídový kondenzátor, KTK - keramický trubkový atd.) existuje systém označení pro kondenzátory s konstantní kapacitou, skládající se z řady prvků: písmeno K je v prvním místě, na druhém místě je dvoumístné číslo, jehož první číslice charakterizuje typ dielektrika a druhá - vlastnosti dielektrika nebo operace, pak se sériové číslo vývoje vloží přes pomlčku.

Například označení K73-17 znamená fóliový polyethylentereftalátový kondenzátor se sériovým číslem vývoje 17.

Rýže. 10. Různé typy kondenzátorů

Rýže. 11. Kondenzátor typu K73-15

Hlavní typy kondenzátorů, importované analogy v závorkách.

K10 - Keramika, nízké napětí (Upa6<1600B)
K50 - Elektrolytické, fólie, hliník
K15 - Keramika, vysoké napětí (Upa6>1600V)
K51 - Elektrolytické, fólie, tantal, niob atd.
K20 - Quartz
K52 - Elektrolytický, objemově porézní
K21 - Sklo
K53 - Oxid-polovodič
K22 - Sklokeramika
K54 - Oxid-kov
K23 - smaltované sklo
K60- Se vzduchovým dielektrikem
K31- Low Power Mica (Mica)
K61 - Vakuum
K32 - Vysoce výkonná slída
K71 - Fóliový polystyren (KS nebo FKS)
K40 - Papírové nízkonapěťové (Irab<2 kB) с фольговыми обкладками
K72 - Fluoroplastová fólie (TFT)
K73 - Filmový polyethylentereftalát (KT, TFM, TFF nebo FKT)
K41 - Vysokonapěťový papír (Irab> 2 kV) s fóliovými kryty
K75 - Film kombinovaný
K76 - laková fólie (MKL)
K42 - Papír s pokovenými deskami (MP)
K77 - fólie, polykarbonát (KC, MKC nebo FKC)
K78 - polypropylenová fólie (KP, MKP nebo FKP)

Kondenzátory s filmovým dielektrikem se běžně nazývají slída, různá použitá dielektrika poskytují dobrý výkon TKE. Jako desky ve filmových kondenzátorech se používá buď hliníková fólie nebo tenké vrstvy hliníku nebo zinku nanesené na dielektrickém filmu. Mají poměrně stabilní parametry a používají se pro jakýkoli účel (ne pro všechny typy). Nachází se v domácích spotřebičích všude. Pouzdro takových kondenzátorů může být buď kovové nebo plastové a mít válcový nebo obdélníkový tvar (obr. 10.) Dovážené slídové kondenzátory (obr. 12)

Rýže. 12. Importované slídové kondenzátory

Kondenzátory jsou označeny jmenovitou odchylkou od kapacity, která může být uvedena v procentech nebo může mít písmenný kód. V domácím vybavení se v zásadě hojně používají kondenzátory s tolerancí H, M, J, K. Písmeno označující toleranci je uvedeno za hodnotou jmenovité kapacity kondenzátoru, jako je tento 22nK, 220nM, 470nJ.

Tabulka pro dešifrování podmíněného písmenného kódu dovolené odchylky kapacity kondenzátorů. Tolerance v %

Důležitá je hodnota dovoleného provozního napětí kondenzátoru uvedená za jmenovitou kapacitou a tolerancí. Označuje se ve voltech písmenem B (staré označení) a V (nové označení). Například takto: 250V, 400V, 1600V, 200V. V některých případech se písmeno V vynechává.

Někdy se používá kódování latinkou. Pro dekódování použijte tabulku písmenného kódování provozního napětí kondenzátorů.

Fanoušci Nikoly Tesly často potřebují vysokonapěťové kondenzátory, zde je několik takových, které lze najít, hlavně v televizorech se skenerem.

Rýže. 13. Vysokonapěťové kondenzátory

Kondenzátory jsou polární

Polární kondenzátory zahrnují všechny elektrolytické, které jsou:

Hliníkové elektrolytické kondenzátory mají vysokou kapacitu, nízkou cenu a dostupnost. Takové kondenzátory jsou široce používány v rádiových přístrojích, ale mají významnou nevýhodu. Postupem času elektrolyt uvnitř kondenzátoru vyschne a ztratí kapacitu. Spolu s kapacitou se zvyšuje ekvivalentní sériový odpor a takové kondenzátory již nezvládají úkoly. To obvykle způsobuje poruchu mnoha domácích spotřebičů. Použití použitých kondenzátorů není žádoucí, ale přesto, pokud je chcete použít, musíte pečlivě změřit kapacitu a esr, abyste později nehledali příčinu nefunkčnosti zařízení. Nevidím smysl uvádět typy hliníkových kondenzátorů, protože v nich nejsou žádné zvláštní rozdíly, s výjimkou geometrických parametrů. Kondenzátory jsou radiální (s vývody z jednoho konce válce) a axiální (s vývody z opačných konců), jsou kondenzátory s jedním vývodem, jako druhý je použito pouzdro se závitovou špičkou (je to také spojovací materiál), takové kondenzátory lze nalézt ve staré elektronkové rozhlasové a televizní technice. Za zmínku také stojí, že na základních deskách počítačů se ve spínaných zdrojích často vyskytují kondenzátory s nízkým ekvivalentním odporem, tzv. LOW ESR, a tak mají vylepšené parametry a nahrazují se pouze podobnými, jinak budou výbuch při prvním zapnutí.

Rýže. 14. Elektrolytické kondenzátory. Spodní - pro povrchovou montáž.

Tantalové kondenzátory jsou lepší než hliníkové díky použití dražší technologie. Používají suchý elektrolyt, takže nemají tendenci „vysoušet“ hliníkové kondenzátory. Tantalové kondenzátory mají navíc nižší odpor při vysokých frekvencích (100 kHz), což je důležité při použití ve spínaných zdrojích. Nevýhodou tantalových kondenzátorů je poměrně velký pokles kapacity s rostoucí frekvencí a zvýšená citlivost na přepólování a přetížení. Bohužel se tento typ kondenzátoru vyznačuje nízkými hodnotami kapacity (obvykle ne více než 100 mikrofaradů). Citlivost na vysoké napětí nutí vývojáře, aby napěťovou rezervu zdvojnásobili nebo více.

Rýže. 14. Tantalové kondenzátory. První tři jsou tuzemské, předposlední dovezené, poslední dovezené na povrchovou montáž.

Hlavní rozměry tantalových čipových kondenzátorů:

Mezi jeden z typů kondenzátorů (ve skutečnosti jde o polovodiče a s obyčejnými kondenzátory nemají mnoho společného, ​​ale přesto má smysl je zmiňovat) zahrnují varikapy. Jedná se o speciální typ diodového kondenzátoru, který mění svou kapacitu v závislosti na použitém napětí. Používají se jako prvky s elektricky řízenou kapacitou v obvodech frekvenčního ladění oscilačního obvodu, frekvenčního dělení a násobení, frekvenční modulace, řízených fázových posuvníků atd.

Rýže. 15 Varicaps kv106b, kv102

Velmi zajímavé jsou také „superkondenzátory“ neboli ionistory. Přestože jsou malé, mají kolosální kapacitu a často se používají k napájení paměťových čipů a někdy nahrazují elektrochemické baterie. Ionistory mohou také pracovat ve vyrovnávací paměti s bateriemi, aby je chránily před náhlými rázy zatěžovacího proudu: při nízkém zatěžovacím proudu baterie dobíjí superkondenzátor, a pokud se proud prudce zvýší, ionistor uvolní uloženou energii, což sníží zatížení baterie. U tohoto pouzdra je umístěn buď přímo vedle baterie, nebo uvnitř pouzdra. Lze je nalézt v notebookech jako baterie pro CMOS.

Mezi nevýhody patří:
Měrná energie je nižší než u baterií (5-12 Wh/kg při 200 Wh/kg u lithium-iontových baterií).
Napětí závisí na stupni nabití.
Možnost spálení vnitřních kontaktů v případě zkratu.
Velký vnitřní odpor ve srovnání s tradičními kondenzátory (10 ... 100 Ohmů pro ionistor 1 F × 5,5 V).
Ve srovnání s bateriemi výrazně větší samovybíjení: asi 1 μA pro ionistor 2 F × 2,5 V.

Rýže. 16. Ionistory

• Překlad

Pokud pravidelně vytváříte elektrické obvody, pravděpodobně jste použili kondenzátory. Je to standardní součástka obvodu, stejně jako rezistor, kterou jen bez přemýšlení vezmete z police. Kondenzátory používáme pro vyhlazení zvlnění napětí/proudu, pro přizpůsobení zátěže, jako zdroj energie pro zařízení s nízkým výkonem a další aplikace.

Kondenzátor ale není jen bublina se dvěma vodiči a pár parametry – provozním napětím a kapacitou. K výrobě kondenzátorů se používá obrovské množství technologií a materiálů s různými vlastnostmi. A zatímco ve většině případů téměř jakýkoli kondenzátor vhodné kapacity postačí pro jakýkoli úkol, dobré pochopení toho, jak tato zařízení fungují, vám může pomoci vybrat nejen ten správný, ale i ten nejlepší. Pokud jste někdy měli problém s teplotní stabilitou nebo úkol najít zdroj dodatečného hluku, oceníte informace v tomto článku.

Začněme jednoduše

Kapacita se měří ve faradech: jednofaradový kondenzátor vytváří napětí jeden volt, pokud obsahuje náboj o velikosti jednoho coulombu. Stejně jako mnoho jiných jednotek SI má nepraktickou velikost, takže kromě superkondenzátorů, o kterých zde nebudeme mluvit, pravděpodobně narazíte na mikro-, nano- a pikofarady. Kapacitu libovolného kondenzátoru lze odvodit z jeho rozměrů a vlastností dielektrika – pokud vás to zajímá, vzorec na to najdete na Wikipedii. Nemusíte se ji učit nazpaměť, pokud se nepřipravujete na zkoušku – obsahuje však jeden užitečný fakt. Kapacita je úměrná permitivitě ε r použitého dielektrika, což vedlo k tomu, že řada kondenzátorů byla prodávána za použití různých dielektrických materiálů pro dosažení vyšších kapacit nebo lepších napěťových charakteristik.

Hliníkový elektrolytický

Hliníkové elektrolytické kondenzátory používají eloxovanou vrstvu na hliníkovém plechu jako jednu dielektrickou desku a elektrolyt z elektrochemického článku jako druhou desku. Přítomnost elektrochemického článku je činí polárními, to znamená, že stejnosměrné napětí musí být aplikováno v jednom směru a eloxovaná deska musí být anodou nebo plus.

V praxi jsou jejich desky vyrobeny ve formě sendviče z hliníkové fólie zabaleného ve válci a umístěného v hliníkové plechovce. Provozní napětí závisí na hloubce eloxované vrstvy.

Elektrolytické kondenzátory mají největší kapacitu mezi běžnými, od 0,1 do tisíců mikrofaradů. Vzhledem k hustému balení elektrochemického článku mají velkou ekvivalentní sériovou indukčnost (ESI nebo efektivní indukčnost), proto je nelze použít při vysokých frekvencích. Obvykle se používají pro vyhlazování a oddělování výkonu a také pro spojování na zvukových frekvencích.

Tantalový elektrolytický

Tantalové elektrolytické kondenzátory jsou vyrobeny ve formě slinuté tantalové anody s velkým povrchem, na které je narostlá silná vrstva oxidu a následně je jako katoda umístěn elektrolyt oxidu manganičitého. Kombinace velkého povrchu a dielektrických vlastností oxidu tantalu má za následek vysokou kapacitu na objem. Výsledkem je, že takové kondenzátory vyjdou mnohem méně než hliníkové kondenzátory srovnatelné kapacity. Stejně jako posledně uvedené mají tantalové kondenzátory polaritu, takže stejnosměrný proud musí proudit přesně jedním směrem.

Jejich dostupná kapacita se pohybuje od 0,1 do několika stovek mikrofaradů. Mají mnohem nižší svodový odpor a ekvivalentní sériový odpor (ESR), a proto se používají při testování, přístrojovém vybavení a špičkových audio aplikacích, kde jsou tyto vlastnosti užitečné.

U tantalových kondenzátorů je zvláště nutné hlídat poruchový stav, stává se, že dojde k jejich vznícení. Amorfní oxid tantalu je dobrým izolantem a v krystalické formě se stává dobrým vodičem. Nesprávné použití tantalového kondenzátoru – například použití příliš velkého zapínacího proudu může způsobit změnu tvaru dielektrika, což zvýší proud, který jím protéká. Je pravda, že pověst související s ohněm pochází z dřívějších generací tantalových kondenzátorů a vylepšené výrobní metody vedly ke spolehlivějším produktům.

Polymerní filmy

Polypropylenové kondenzátory se používají v obvodech vyžadujících dobrou tepelnou a frekvenční stabilitu. Používají se také v energetických systémech, k potlačení EMI, v systémech využívajících vysokonapěťové střídavé proudy.

Polyesterové kondenzátory, i když nemají takovou teplotní a frekvenční odezvu, jsou levné a odolávají vysokým teplotám při pájení pro povrchovou montáž. Jako takové se používají v obvodech určených pro použití v nekritických aplikacích.

Polyethylen naftalátové kondenzátory. Nemají stabilní teplotní a frekvenční charakteristiky, ale snesou mnohem vyšší teploty a namáhání ve srovnání s polyesterem.

Polyetylensulfidové kondenzátory mají teplotní a frekvenční charakteristiky polypropylenu a navíc odolávají vysokým teplotám.

Ve starém zařízení můžete narazit na polykarbonátové a polystyrenové kondenzátory, ale nyní se již nepoužívají.

Keramika

Historie keramických kondenzátorů je poměrně dlouhá - používají se od prvních desetiletí minulého století až do současnosti. Dřívější kondenzátory byly z jedné vrstvy keramiky, pokovené na obou stranách. Pozdější jsou i vícevrstvé, kde jsou proloženy desky s pokovením a keramikou. V závislosti na dielektriku se jejich kapacity pohybují od 1 pF do desítek mikrofaradů a napětí dosahují kilovoltů. Ve všech odvětvích elektroniky, kde je vyžadována nízká kapacita, lze nalézt jak jednovrstvé keramické disky, tak vícevrstvé povrchově montované kondenzátory.

Nejjednodušší způsob klasifikace keramických kondenzátorů je podle dielektrik, protože právě ony dávají kondenzátoru všechny vlastnosti. Dielektrika jsou klasifikována podle třípísmenných kódů, kde je zakódována jejich provozní teplota a stabilita.

C0G lepší stabilita v nádrži s ohledem na teplotu, frekvenci a napětí. Používá se ve vysokofrekvenčních obvodech a dalších vysokorychlostních obvodech.

X7R nemají tak dobré teplotní a napěťové charakteristiky, proto se používají v méně kritických případech. Obvykle se jedná o decoupling a různé univerzální aplikace.

Y5V mají mnohem vyšší kapacitu, ale jejich teplotní a napěťové hodnoty jsou ještě nižší. Používá se také pro rozvazování a různé univerzální aplikace.

Protože keramika má často piezoelektrické vlastnosti, některé keramické kondenzátory vykazují také mikrofonní efekt. Pokud jste pracovali s vysokým napětím a frekvencemi v oblasti zvuku, například s elektronkovými zesilovači nebo elektrostatikou, možná jste slyšeli kondenzátory "zpívat". Pokud jste pro stabilizaci frekvence použili piezoelektrický kondenzátor, možná zjistíte, že jeho zvuk je modulován vibracemi okolí.

Jak jsme již uvedli, tento článek si neklade za cíl pokrýt všechny technologie kondenzátorů. Při pohledu do katalogu elektroniky zjistíte, že některé dostupné technologie zde nejsou zahrnuty. Některé nabídky z katalogů jsou již zastaralé, nebo mají tak úzký výklenek, že se s nimi nejčastěji nesetkáte. Jen jsme doufali, že objasníme některé záhady o oblíbených modelech kondenzátorů a pomůžeme vám vybrat ty správné komponenty při navrhování vašich vlastních zařízení. Pokud jsme vám nahnali chuť k jídlu, můžete se podívat na náš článek o induktorech.

Pokud najdete nějaké nepřesnosti nebo chyby, napište na

Kondenzátor

Základem konstrukce kondenzátoru jsou dvě vodivé desky, mezi kterými je dielektrikum

Vlevo jsou kondenzátory pro povrchovou montáž; vpravo - kondenzátory pro objemovou montáž; horní část - keramika; dno - elektrolytické.

Různé kondenzátory pro hromadnou montáž

Vlastnosti kondenzátoru

Kondenzátor ve stejnosměrném obvodu může vést proud v okamžiku, kdy je zapojen do obvodu (kondenzátor se nabíjí nebo dobíjí), na konci přechodového procesu proud neteče kondenzátorem, protože jeho desky jsou odděleny dielektrikem. V obvodu střídavého proudu vede oscilace střídavého proudu cyklickým dobíjením kondenzátoru.

kde je imaginární jednotka, je frekvence protékajícího sinusového proudu, je kapacita kondenzátoru. Z toho také vyplývá, že reaktance kondenzátoru je: . Pro DC je frekvence nulová, takže reaktance kondenzátoru je nekonečná (ideálně).

Na schématech elektrických obvodů je jmenovitá kapacita kondenzátorů obvykle uvedena v mikrofaradech (1 μF \u003d 10 6 pF) a pikofaradech, ale často v nanofaradech. Při kapacitě ne větší než 0,01 μF je kapacita kondenzátoru uvedena v pikofaradech, přičemž je přípustné neuvádět jednotku měření, tzn. postfix "pF" je vynechán. Při uvádění jmenovité kapacity v jiných jednotkách uveďte měrnou jednotku (picoFarad). Pro, stejně jako pro vysokonapěťové kondenzátory v diagramech, po označení jmenovité kapacity, uveďte jejich maximální provozní napětí ve voltech (V) nebo kilovoltech (kV). Například: "10 mikronů x 10 V". Pro uveďte rozsah změny kapacity, například: "10 - 180". V současné době jsou kondenzátory vyráběny s nominálními kapacitami z dekadicky-logaritmických řad hodnot E3, E6, E12, E24, tzn. za dekádu je 3, 6, 12, 24 hodnot, takže hodnoty s příslušnou tolerancí (rozptyl) pokrývají celou dekádu.

Charakteristika kondenzátorů

Hlavní nastavení

Kapacita

Hlavní charakteristikou kondenzátoru je jeho kapacita. Hodnota jmenovité kapacity se objevuje v označení kondenzátoru, přičemž skutečná kapacita se může výrazně lišit v závislosti na mnoha faktorech. Skutečná kapacita kondenzátoru určuje jeho elektrické vlastnosti. Takže podle definice kapacity je náboj na desce úměrný napětí mezi deskami ( q = CU ). Typické hodnoty kapacity pro kondenzátory se pohybují od jednotek pikofaradů až po stovky mikrofaradů. Existují však kondenzátory s kapacitou až desítek farad.

Kapacita plochého kondenzátoru, sestávajícího ze dvou paralelních kovových desek o ploše jedné, umístěných ve vzájemné vzdálenosti, v systému SI je vyjádřena vzorcem: ).

Pro získání velkých kapacit jsou kondenzátory zapojeny paralelně. V tomto případě je napětí mezi deskami všech kondenzátorů stejné. Celková kapacita baterie paralelní připojených kondenzátorů se rovná součtu kapacit všech kondenzátorů obsažených v baterii.

Pokud mají všechny paralelně zapojené kondenzátory stejnou vzdálenost mezi deskami a vlastnosti dielektrika, pak lze tyto kondenzátory reprezentovat jako jeden velký kondenzátor, rozdělený na fragmenty menší plochy.

Když jsou kondenzátory zapojeny do série, náboje všech kondenzátorů jsou stejné. Celková kapacita baterie postupně připojených kondenzátorů je

nebo

Tato kapacita je vždy menší než minimální kapacita kondenzátoru obsaženého v baterii. Při sériovém zapojení se však snižuje možnost průrazu kondenzátorů, protože každý kondenzátor představuje pouze část rozdílu potenciálu zdroje napětí.

Pokud je plocha desek všech sériově zapojených kondenzátorů stejná, pak mohou být tyto kondenzátory reprezentovány jako jeden velký kondenzátor, mezi jehož deskami je hromada dielektrických desek všech kondenzátorů, které jej tvoří.

Specifická kapacita

Kondenzátory se také vyznačují měrnou kapacitou - poměrem kapacity k objemu (neboli hmotnosti) dielektrika. Maximální hodnoty měrné kapacity je dosaženo při minimální tloušťce dielektrika, avšak jeho průrazné napětí klesá.

Jmenovité napětí

Další, neméně důležitou charakteristikou kondenzátorů je jmenovité napětí - hodnota napětí uvedená na kondenzátoru, při které může pracovat za stanovených podmínek po dobu své životnosti při zachování parametrů v přijatelných mezích.

Jmenovité napětí závisí na konstrukci kondenzátoru a vlastnostech použitých materiálů. Během provozu nesmí napětí na kondenzátoru překročit jmenovité napětí. U mnoha typů kondenzátorů povolené napětí klesá s rostoucí teplotou.

Polarita

Kondenzátory zničené bez výbuchu kvůli teplotě a napětí nevhodné pro práci.

Mnoho oxidových dielektrických (elektrolytických) kondenzátorů funguje pouze se správnou polaritou napětí v důsledku chemické povahy interakce elektrolytu s dielektrikem. Při obrácené polaritě napětí elektrolytické kondenzátory obvykle selhávají v důsledku chemické destrukce dielektrika, následovaného zvýšením proudu, varem elektrolytu uvnitř a v důsledku toho s pravděpodobností výbuchu pouzdra.

Výbuchy elektrolytických kondenzátorů jsou poměrně častým jevem. Hlavní příčinou výbuchů je přehřátí kondenzátoru, způsobené ve většině případů netěsností nebo zvýšením ekvivalentního sériového odporu v důsledku stárnutí (relevantní pro pulzní zařízení). Aby se snížilo poškození jiných částí a zranění u moderních velkokapacitních kondenzátorů, je instalován ventil nebo je na těle vytvořen zářez (často jej můžete vidět ve tvaru písmene X, K nebo T na konci). Se zvýšením vnitřního tlaku se ventil otevře nebo se pouzdro zhroutí podél zářezu, odpařený elektrolyt vystupuje ve formě korozivního plynu a tlak klesá bez výbuchu a úlomků.

Skutečné kondenzátory mají kromě kapacity také svůj vlastní odpor a indukčnost. S vysokým stupněm přesnosti lze ekvivalentní obvod skutečného kondenzátoru reprezentovat takto:

Elektrický odpor izolace kondenzátoru - r

Izolační odpor je stejnosměrný odpor kondenzátoru, daný vztahem r = U / já ut, Kde U je napětí aplikované na kondenzátor, já ut- svodový proud.

Ekvivalentní sériový odpor - R

Ekvivalentní sériový odpor (ERS) ESR) je způsoben především elektrickým odporem materiálu desek a vodičů kondenzátoru a kontaktu (kontaktů) mezi nimi, jakož i ztrátami v dielektriku. Typicky se ESR zvyšuje se zvyšující se frekvencí proudu procházejícího kondenzátorem.

Ve většině případů lze tento parametr zanedbat, ale někdy (např. v případě použití elektrolytických kondenzátorů ve filtrech spínaných zdrojů) může být jeho dostatečně malá hodnota pro spolehlivost zařízení životně důležitá (viz. například Capacitor plague (anglicky) ) .

Ekvivalentní sériová indukčnost - L

Ekvivalentní sériová indukčnost je způsobena hlavně vlastní indukčností desek a vývodů kondenzátoru. Při nízkých frekvencích (do několika kilohertzů) se obvykle nebere v úvahu kvůli její nevýznamnosti.

Ztrátová tečna

Tangenta ztráty je poměr imaginární a reálné části komplexní permitivity.

Teplotní koeficient nádrže (TKE)

TKE - relativní změna kapacity při změně okolní teploty o jeden stupeň Celsia (Kelvin). Hodnota kapacity versus teplota je tedy reprezentována lineárním vzorcem:

kde ∆ T je nárůst teploty ve °C nebo °K vzhledem k normálním podmínkám, za kterých je hodnota kapacity specifikována. TKE se používá k charakterizaci kondenzátorů s významnou lineární kapacitou v závislosti na teplotě. TKE však není určeno pro všechny typy kondenzátorů. Kondenzátory, které mají nelineární závislost kapacity na teplotě, a kondenzátory s velkými odchylkami kapacity od vlivů okolní teploty, mají v označení údaj o relativní změně kapacity v rozsahu provozních teplot.

Dielektrická absorpce

Pokud se nabitý kondenzátor rychle vybije na nulové napětí připojením zátěže s nízkým odporem a následným odstraněním zátěže a sledováním napětí na svorkách kondenzátoru, uvidíme, že napětí pomalu stoupá. Tento fenomén byl pojmenován dielektrická absorpce nebo adsorpce elektrického náboje. Kondenzátor se chová, jako by měl mnoho sériově zapojených paralelně. RC-řetězce s různými časovými konstantami . Intenzita projevu tohoto efektu závisí především na vlastnostech dielektrika kondenzátoru. Podobný efekt lze pozorovat na většině elektrolytických kondenzátorů, ale v nich je to důsledek

V rádiové elektronice se používá velké množství různých kondenzátorů. Všechny se liší v tak základních parametrech, jako je jmenovitá kapacita, provozní napětí a tolerance.

Ale to jsou jen hlavní parametry. Dalším důležitým parametrem může být, z jakého dielektrika se kondenzátor skládá. Podívejme se podrobněji na to, jaké kondenzátory jsou podle typu dielektrika.

Používá se v rádiové elektronice polární A nepolární kondenzátory. Rozdíl mezi polárními kondenzátory a nepolárními je v tom, že polární kondenzátory jsou součástí elektronického obvodu přesně v souladu se specifikovanou polaritou. Polární kondenzátory jsou tzv. elektrolytické kondenzátory. Nejběžnější jsou radiální hliníkové elektrolytické kondenzátory. V tuzemském značení mají označení K50-35.

Axiální kondenzátory mají drátové vývody umístěné po stranách válcového tělesa, na rozdíl od radiálních kondenzátorů, jejichž vývody jsou umístěny na jedné straně válcového tělesa. Axiálními elektrolyty jsou kondenzátory označené K50-29 K50-12, K50-15 a K50-24.

Axiální elektrolytické kondenzátory řady K50-29 dovezené od PHILIPS

V každodenním životě radioamatéři nazývají elektrolytické kondenzátory "elektrolyty".

Najdete je v napájecích zdrojích elektronických zařízení. V podstatě slouží k filtrování a vyhlazování usměrněného napětí. Elektrolytické kondenzátory se také aktivně používají ve frekvenčních zesilovačích (zesilovačích) k oddělení stejnosměrných a střídavých složek proudu.

Elektrolytické kondenzátory mají poměrně značnou kapacitu. Obecně se hodnoty jmenovité kapacity pohybují od 0,1 mikrofarady (0,1 uF) až 100.000 mikrofarad (100 000 uF).

Jmenovité provozní napětí elektrolytických kondenzátorů se může pohybovat od 10 voltů do několika stovek voltů (100 - 500 voltů). Samozřejmě je možné, že existují i ​​jiné vzorky s jinou kapacitou a provozním napětím, ale v praxi jsou poměrně vzácné.

Je třeba poznamenat, že jmenovitá kapacita elektrolytických kondenzátorů klesá s rostoucí životností.

Proto se pro montáž domácích elektronických zařízení vyplatí použít buď nové zakoupené, nebo ty kondenzátory, které byly v elektrických zařízeních používány krátkou dobu. V opačném případě můžete narazit na situaci nefunkčnosti podomácku vyrobeného zařízení z důvodu poruchy elektrolytického kondenzátoru. Nejčastější závadou „starých“ elektrolytů je ztráta kapacity a zvýšená netěsnost.

Před opětovným použitím se vyplatí pečlivě zkontrolovat dříve použitý kondenzátor.

Zkušení radiomechanici mohou o kvalitě elektrolytických kondenzátorů mnohé napovědět. V době rozšířeného používání sovětských barevných televizorů docházelo k velmi časté nefunkčnosti televizorů kvůli nekvalitním elektrolytům. Někdy došlo k tomu, že telemaster vyměnil téměř všechny elektrolytické kondenzátory v televizním okruhu, načež zařízení fungovalo správně po mnoho let.

V poslední době jsou stále běžnější kompaktní elektrolytické kondenzátory pro povrchovou montáž. Jejich rozměry jsou mnohem menší než u klasických výstupních.

Hliníkové elektrolytické kondenzátory pro SMD montáž na CD mechaniku

Existují také miniaturní tantalové kondenzátory. Jsou poměrně malé a určené pro montáž SMD. Snadno je najdete na deskách plošných spojů miniaturních MP3 přehrávačů, mobilních telefonů, základních desek notebooků a počítačů.

Tantalové elektrolytické kondenzátory na desce s obvody MP-3 přehrávače

Navzdory své malé velikosti mají tantalové kondenzátory značnou kapacitu. Jsou podobné hliníkovým elektrolytickým kondenzátorům pro povrchovou montáž, ale jsou mnohem menší.

Tantalový SMD kondenzátor s kapacitou 47 uF a provozním napětím 6 voltů.
Obvodová deska CD mechaniky počítače

V kompaktních zařízeních se tantalové kondenzátory v zásadě nacházejí při 6,3 μF, 10 μF, 22 μF, 47 μF, 100 μF, 470 μF a pro provozní napětí 10 -16 voltů. Takto nízké provozní napětí je způsobeno tím, že napájecí napětí v elektronice malé velikosti zřídka překročí práh 5 - 10 voltů. Vysokonapěťových instancí je samozřejmě více.

Kromě tantalových kondenzátorů v miniaturní elektronice se používají také polymerové kondenzátory pro povrchovou montáž. Takové kondenzátory jsou vyrobeny pomocí pevného polymeru. Působí jako negativní podšívka - katoda . Plus závěr - anoda - v polymerovém kondenzátoru je použita hliníková fólie. Takové kondenzátory dobře potlačují elektrický šum a zvlnění a mají vysokou teplotní stabilitu.

Tantalové kondenzátory indikují polaritu, kterou je třeba vzít v úvahu při jejich použití v domácích konstrukcích.

Pouzdra SMD mají kromě tantalových kondenzátorů také výstupní kondenzátory s tantalovým dielektrikem. Jejich tvar připomíná kapku. Záporný terminál je na pouzdru označen proužkem.

Takové kondenzátory mají také všechny výhody tantalových kondenzátorů pro povrchovou montáž, jmenovitě nízký svodový proud, vysokou teplotní a frekvenční stabilitu a delší životnost než konvenční kondenzátory. Aktivně se používají v telekomunikačních zařízeních a výpočetní technice.

Výstupní tantalový kondenzátor s kapacitou 10 mikrofaradů a provozním napětím 16 voltů

Mezi elektrolytické kondenzátory jsou nepolární . Vypadají stejně jako běžné elektrolytické kondenzátory, ale polarita použitého napětí pro ně není důležitá. Používají se v obvodech se střídavým nebo pulzujícím proudem, kde není možné použití polarizovaných kondenzátorů. Nepolární kondenzátory jsou označeny K50-6. Polární kondenzátor od nepolárního rozeznáte například podle absence označení polarity na pouzdru.