Виды конденсаторов и их применение

Танталовые конденсаторы

Основу устройства формирует пентоксид тантала с оксидным электролитическим наполнением. Конденсатор отличается высоким отношением емкости к объему, широким спектром поддерживаемых температур и компактностью. Используют такие компоненты в мелком приборостроении, компьютерах и другой вычислительной технике. В этом семействе можно выделить следующие типы конденсаторов: полярные и неполярные, твердотельные, жидкостные. Наиболее привлекательные по эксплуатационным качествам именно твердотельные устройства, так как они характеризуются способностью поддерживать большое напряжение. Однако в условиях критического превышения допустимой величины тока они могут выходить из строя. Емкость танталовых моделей составляет 1000 мкФ, но по сравнению с электролитическими аналогами их собственная индуктивность гораздо ниже, что допускает возможность применения элемента на высоких частотах.

Обозначение SMD конденсаторов

Чтобы установить номинал SMD конденсатора, потребуется тщательно изучить его маркировку. На больших по размеру элементах, как правило, наносится основная информация не только о его номинале, но и указывается логотип производителя.

Вам это будет интересно Особенности сопротивления проводников

При выяснении параметров маленьких кирпичиков придется потратить определенное количество времени, ведь даже при наличии на их корпусе необходимых сведений увидеть символы на их поверхности невооруженным глазом вряд ли получится.

Важно! В зависимости от типа конденсатора обозначения его параметров также могут существенно отличаться, что необходимо учитывать в работе

Маркировка керамических SMD конденсаторов

Небольшие керамические конденсаторы SMD маркируются буквенно-цифровым кодом, состоящим из 3 символов. Первый указывает на минимальное значение рабочей температуры, например:

• Z — от 10 °С;
• Y — от −30 °С;
• X — от 55 °С.

Маркировка SMD конденсаторов Второй символ указывает на верхний предел нагрева радиодетали:

• 2 — до 45 °С;
• 4 — до 65 °С;
• 5 — до 85 °С;
• 6 — до 105 °С;
• 7 — до 125 °С;
• 8 — до 150 °С;
• 9 — до 200 °С.

Третий символ указывает на точность электронного компонента:

• A — до ± 1,0 %;
• B — до ± 1,5 %;
• C — до ± 2,2 %;
• D — до ± 3,3 %;
• E — до ± 4,7 %;
• F — до ± 7,5 %;
• P — до ± 10 %;
• R — до ± 15 %;
• S — до ± 22 %;
• T — до ± 33 %;
• U — до ± 56 %;
• V — до ± 82 %.

Ёмкость небольших керамических SMD конденсаторов указывается в пикофарадах. Чтобы сэкономить площадь небольшого радиоэлемента, основное число мантисса закодировано в букве латинского алфавита. В таблице, указанной ниже, приведен полный список подобных обозначений.

Таблица с закодированными символами

После цифры указывается множитель, например, обозначение на керамическом конденсаторе Х3 означает, что конденсатор имеет емкость 7,5 * 10 ^ 3 Pf.

Обратите внимание! Перед кодом, обозначающим емкость керамического SMD конденсатора, может стоять латинская буква, которая указывает на бренд производителя электронного компонента. Если площадь керамического конденсатора этого типа достаточно велика, то на ней может быть отображен тип диэлектрика

С этой целью применяются:

Если площадь керамического конденсатора этого типа достаточно велика, то на ней может быть отображен тип диэлектрика. С этой целью применяются:

• NP0. Диэлектрическая проницаемость такого элемента находится на крайне низком уровне. Основное достоинство компонентов этого типа заключается в хорошей устойчивости к резким температурным перепадам. Недостаток элементов, в которых используется диэлектрик этого типа — высокая цена;
• X7R. Среднего качества диэлектрик. Изделия, в которых используется изолятор этого типа, не обладают отличными характеристиками по устойчивости к пробою, но в среднем температурном диапазоне они способны проработать значительно дольше многих, более дорогих элементов;
• Z5U. Диэлектрик с высокими значениями электрической проницаемости, но обратной стороной этого показателя является слишком большая емкостная погрешность;
• Y5V. Изолирующий материал обладает примерно такими же характеристиками, как и Z5U. По стоимости этот диэлектрик является самым дешевым, поэтому электрические компоненты, изготовленные на его основе, реализуется по самым низким ценам.

Вам это будет интересно Чему равен 1 ампер в киловаттах

Сгоревший SMD конденсатор

Учитывая все выше изложенное, можно быть уверенным в том, что если SMD конденсатор не подгорел или не изменил цвет поверхности по другим причинам, то всегда можно определить его номинал по нанесенной на его корпусе маркировке.

Маркировка электролитических SMD конденсаторов

Электролитические конденсаторы этого типа, как правило, имеют относительно большие размеры, поэтому многие параметры таких элементов указываются без шифрования. То есть максимальное значение напряжения будет указано цифрой и буквой «V», а емкость — mF.

Маркировка электролитических SMD конденсаторов

В некоторых случаях номинал SMD конденсатора электролитического типа также может быть закодирован. Как правило, для этой цели используется 4 символа (одна буква и 3 цифры). Первый символ — это напряжение в вольтах:

• e 2,5;
• G 4;
• J 6,3;
• A 10;
• C 16;
• D 20;
• E 25;
• V 35;
• H 50.

Обратите внимание! В трех следующих цифрах закодирована информация о емкости конденсатора (2 цифры + множитель). Таким образом даже на очень небольших по размеру электролитических SMD конденсаторах может быть нанесена маркировка с информацией об основных параметрах изделия

Таким образом даже на очень небольших по размеру электролитических SMD конденсаторах может быть нанесена маркировка с информацией об основных параметрах изделия.

Активное и реактивное сопротивления

Хотя активное и реактивное сопротивления очень похожи. Даже значения обоих параметров измеряются в Омах, но они не совсем одинаковы. В результате этого невозможно сложить их вместе непосредственно. Вместо этого их нужно суммировать «векторно». Другими словами, необходимо округлить каждое значение, а затем сложить их вместе и выделить квадратный корень из этого числа:

Xtot2 = Xc2 + R2

В данной статье были подробно описаны основные компоненты, устройство и принцип работы конденсаторов, а также приведены базовые формулы, предназначенные для того, чтобы посчитать полезный объём прибора. Для более глубокого ознакомления необходимо внимательно рассмотреть типы данных деталей и их практические особенности в различных схемах и устройствах.

Маркировка конденсаторов

Каким бы ни был конденсатор, есть два обязательным параметра, которые должны быть отражены в маркировке — это его емкость и номинальное напряжение.

Помимо этого, на большинстве из них существует цифро-буквенное обозначение его характеристик. В соответствии с российскими стандартами конденсаторы маркируются четырьмя знаками.

Первая буква К означает «конденсатор», следующая цифра — вид диэлектрика, далее следует указатель назначения в виде буквы, последний значок может означать как тип конструкции, так и номер разработки, это уже зависит от завода-изготовителя. Третий пункт часто пропускается. Используется такая маркировка на достаточно крупных изделиях, где ее можно разместить. По ГОСТ расшифровка будет выглядеть так:

Первые буквы:

1. К — конденсатор постоянной емкости.
2. КТ — подстроечник.
3. КП — конденсатор переменной емкости.

Вторая группа — тип диэлектрика:

• 1, 61 вакуум,
• 2, 60 воздух,
• 3 газ,
• 4 твердый,
• 10, 15 керамика,
• 20 кварц,
• 21 стекло,
• 22 стеклокерамика,
• 23 стеклоэмаль,
• 31, 32 слюда,
• 40, 41, 42 бумага,
• 50 алюминиевый электролитический,
• 51 танталовый,
• 52 объемно-пористый,
• 53, 54 оксидные,
• 71 полистирол,
• 72 фторопласт,
• 73 ПЭТ,
• 75 комбинированный,
• 76 лак и пленка,
• 77 поликарбонат.

На маленьких конденсаторах всего этого не разместить, поэтому там применяется сокращенная маркировка, которая с непривычки может даже потребовать калькулятора, а иногда — лупу. В этой маркировке зашифрованы емкость, номинал напряжения и отклонения от основного параметра. Остальные параметры наносить нет смысла: это, как правило, керамические конденсаторы.

Маркировка керамических конденсаторов

Иногда с ними все просто — емкость отмечена числом и единицами: pF — пикофарад, nF — нанофарад, μF микрофарад, mF — миллифарад. То есть, надпись 100nF можно читать прямо. Номинал, соответственно, числом и буквой V. Но иногда не умещается и это, потому применяют сокращения. Так, часто емкость умещается в трех цифрах (103, 109 и т. д.), где последняя означает число нулей, а первые две — емкость в пикофарадах. Если в конце стоит цифра 9, значит, нулей нет, а между первыми двумя ставят запятую. При цифре 8 на конце запятую переносят еще на один знак назад.

Например, обозначение 109 расшифровывается как 1 пикофарад, а 100–10 пикофарад, 681–680 пикофарад, или 0,68 нанофарад, а 104- 100 тыс. пФ или 100нФ

Часто можно встретить первую букву единицы измерения в качестве запятой: p50–0,5 пФ, 1n5–1,5 нФ, 15μ – 15 мкФ, 15m – 15 мФ. Иногда вместо p пишется R.

После трех цифр может стоять буква, означающая разброс параметра емкости:

1. B +/-0,1 пФ.
2. C +/-0,25 пФ.
3. D- +/-0,5 пФ.
4. F +/-1%.
5. G +/-2%.
6. J +/-5%.
7. K +/-10%.
8. M +/-20%.
9. Z до 80% отклонение.

Если вы высчитываете характеристику цепи в единицах СИ, то для того, чтобы найти емкость в фарадах, необходимо помнить показатели степеней числа 10:

1. -3 миллифарады,
2. -6 микрофарады,
3. -9 нанофарады,
4. -12 пикофарады.

Таким образом, 01 пФ — это 0,1 *10^-12 Ф.

На устройствах SMD емкость в пикофарадах обозначает буква, а цифра после нее — степень 10, на которую надо умножить это значение.

буква	C	буква	C	буква	C	буква	C
A	1	J	2,2	S	4,7	a	2,5
B	1,1	K	2,4	T	5,1	b	3,5
C	1,2	L	2,7	U	5,6	d	4
D	1,3	M	3	V	6,2	e	4,5
E	1,5	N	3,3	W	6,8	f	5
F	1,6	P	3,6	X	7,5	m	6
G	1,8	Q	3,9	Y	8,2	n	7
Y	2	R	4,3	Z	9,1	t	8

Номинальное рабочее напряжение таким же образом может маркироваться буквой, если полностью его написать проблематично. В России принят следующий стандарт буквенного обозначения номинала:

буква	V	буква	V
I	1	K	63
R	1,6	L	80
M	2,5	N	100
A	3,2	P	125
C	4	Q	160
B	6,3	Z	200
D	10	W	250
E	16	X	315
F	20	T	350
G	25	Y	400
H	32	U	450
S	40	V	500
J	50

Несмотря на списки и таблицы, лучше все-таки изучить кодировку конкретного производителя — в разных странах они могут отличаться.

К некоторым конденсаторам прилагается более развернутое описание их характеристик.

Емкость конденсатора

Заряд конденсатора. Напряжение

В самом начале переходного периода зарядки, напряжение между обкладками конденсатора равняется нулю. Как только на обкладках начинают появляться заряженные частицы, между разноименными зарядами возникает напряжение. Причиной этому является диэлектрик между пластинами, который «мешает» стремящимся друг к другу зарядам с противоположным знаком перейти на другую сторону конденсатора.

На начальном этапе зарядки, напряжение быстро растет, потому что большой ток очень быстро увеличивает количество заряженных частиц на обкладках. Чем больше заряжается конденсатор, тем меньше ток, и тeм медленнее растет напряжение. В конце переходного периода, напряжение на конденсаторе полностью прекратит рост, и будет равняться напряжению на источнике питания.

Как видно на графике, сила тока конденсатора напрямую зависит от изменения напряжения.

Формула для нахождения тока конденсатора во время переходного периода:

Ic — ток конденсатора

C — Емкость конденсатора

ΔVc/Δt – Изменение напряжения на конденсаторе за отрезок времени

Конденсаторы по способу монтажа

По способу монтажа конденсаторы разделяют на конденсаторы для навесного монтажа и печатного монтажа (SDM-конденсаторы). У первых есть выводы различных форм (ленточные, винтовые, радиальные и т.д.) для соединения с другими электрическими компонентами или печатной платой. У вторых выводами служит часть их собственной поверхности.

Конденсаторы с выводами под винт (то есть имеющие резьбу на выводах) применяются главным образом в блоках питания, в условиях тока большой величины, где требуется надёжно подключить выводы к силовым проводам.

Современные конденсаторы с защёлкивающимися выводами позволяют прочно защелкнуть их на плате, чтобы качественно и без сложностей осуществить пайку.

Пленочный конденсатор

Пленочные конденсаторы являются наиболее часто используемым типом конденсаторов среди всех других типов, которые имеют разницу в своих диэлектрических свойствах. Пленочные конденсаторы — это конденсаторы с изолирующей пластиковой пленкой в ​​качестве диэлектрика, и это неполяризованные конденсаторы.

Диэлектрические материалы для этих конденсаторов сделаны в виде тонкого слоя, снабженного металлическими электродами и намотанного на цилиндрическую обмотку. Оба электрода пленочных конденсаторов могут быть из цинка или металлизированного алюминия.

Основным преимуществом пленочного конденсатора является прямое соединение его внутренней конструкции с электродами на обоих концах обмотки. Этот прямой контакт с электродами приводит к сокращению длины всех путей прохождения тока. Такая конструкция ведет себя как большое количество отдельных конденсаторов, соединенных параллельно. Кроме того, конструкция конденсаторов такого типа обеспечивает низкие омические потери и низкие паразитные индуктивности. Эти пленочные конденсаторы используются в устройствах питания переменного тока, а также в высокочастотных устройствах.

Некоторыми примерами пленок, которые используются в качестве диэлектрика для пленочных конденсаторов, являются полипропилен, полиэтиленнафталат, полиэфир, полифениленсульфид и политетрафторэтилен. В продаже представлены конденсаторы пленочного типа с диапазоном значений емкости от 5 пФ до 100 мкФ. Пленочные конденсаторы также доступны в различных формах, включая:

• Тип Wrap & Fill (овальный и круглый): в этом типе, концы конденсатора запаяны эпоксидной смолой, а конденсатор обернут плотной пластиковой лентой.
• Эпоксидный корпус (прямоугольный и круглый): конденсаторы этого типа заключены в формованный пластиковый корпус, заполненный эпоксидной смолой.
• Металлический корпус (прямоугольные и круглые): конденсаторы этих типов заключены в металлическую трубку или металлическую банку и запечатаны эпоксидной смолой.

В настоящее время конденсаторы с вышеуказанным корпусом доступны как с радиальными, так и с осевыми выводами. Основное преимущество пленочных конденсаторов заключается в том, что они хорошо работают при высоких температурах по сравнению с бумажными.

Эти конденсаторы обладают малым допуском, высокой надежностью, а также очень длительным сроком службы. Примерами конденсаторов пленочного типа являются: цилиндрический пленочный конденсатор с осевым выводом, прямоугольный пленочный конденсатор и пленочные фольгированные конденсаторы. Они приведены ниже:

Тип осевого вывода:

Тип радиального вывода:

Эти пленочные конденсаторы требуют гораздо более толстого диэлектрического материала, чтобы избежать пробоя и разрывов диэлектрической пленки. Следовательно, они подходят для схем, требующих малых значений емкости.

Диэлектрики в конденсаторах

Конденсаторы постоянной емкости — более распространенные типы конденсаторов. Электронную схему без конденсатора найти сложно. Большинство конденсаторов названы в честь диэлектрика, используемого в конструкции. Вот распространенные диэлектрики, использующиеся в конструкции конденсаторов:

• Керамические
• Бумажные
• Пленочные
• Слюдяные
• Стеклянные
• Алюмооксидные
• Танталовые
• Ниобиевые

Последние три используются в электролитических конденсаторах. Несмотря на использование различных видов диэлектриков в конструкции конденсаторов, функциональные возможности конденсатора не меняются: хранение энергии в виде электрического заряда между параллельными пластинами.

Расстояние между пластинами

Емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для того чтобы объяснить природу влияния этого фактора, необходимо вспомнить механику взаимодействия зарядов в пространстве (электростатику).

Если конденсатор не находится в электрической цепи, то на заряженные частицы, расположенные на его пластинах влияют две силы. Первая — это сила отталкивания между одноименными зарядами соседних частиц на одной пластине. Вторая – это сила притяжения разноименных зарядов между частицами, находящимися на противоположных пластинах. Получается, что чем ближе друг к другу находятся пластины, тем больше суммарная сила притяжения зарядов с противоположным знаком, и тем больше заряда может разместится на одной пластине.

Свойства конденсатора

Измеритель емкости конденсаторов

Поскольку в конструкции конденсатора содержится диэлектрик, то при включении его в цепь постоянного напряжения ток идет только в первый момент времени, при зарядке обкладок.

В цепи переменного напряжения происходит циклическая перезарядка, поэтому наблюдается прохождение тока. Его величина определяется реактивным сопротивлением конденсатора, которое равно:

XC=1/(2πfC), где f – частота колебаний.

Таким образом, становится понятным, почему при постоянном напряжении ток отсутствует (частота равняется нулю, а сопротивление стремится к бесконечности).

Последовательно соединение конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов используют, если необходимо получить емкость меньшую емкости элемента. Такие элементы выдерживают более высокие напряжения. При последовательном соединении конденсаторов, обратная величина общей емкости равняется сумме обратных величин отдельных элементов. Для получения требуемой величины нужны определенные конденсаторы, последовательное соединение которых даст необходимую величину.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО, ПАРАЛЛЕЛЬНОГО И СМЕШАННОГО СОЕДИНЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ

Цель работы:Научиться составлять батареи конденсаторов и определять их емкость.

Теоретическая часть

Соединение конденсаторов параллельно

При параллельной схеме подключения все обкладки конденсаторов соединяются в две группы, причем один вывод с каждого конденсатора соединяется в одну группу с другими, а второй — в другую. Наглядный пример параллельного соединения и схема

на картинке

Все параллельно соединенные конденсаторы подключаются к одному источнику напряжения, поэтому существует на них две точки разности потенциалов или напряжения. На всех выводах конденсаторов будет абсолютно одинаковое напряжение.

При подключении параллельно все конденсаторы вместе, образуют принципиально одну емкость, величина которой будет равняться сумме всех емкостей подключенных в цепи конденсаторов. При параллельном подключении через каждый из конденсаторов потечет разный ток, который будет зависеть от величины емкости каждого из них. Чем выше емкость, тем больший ток потечет через неё.

Параллельное соединение очень часто встречается в жизни. С его помощью можно из группы конденсаторов собрать любую необходимую емкость. Например, для запуска 3 фазного электродвигателя в однофазной сети 220 Вольт в результате расчетов Вы получили что необходима рабочая емкость 125 мкФ. Такой емкости конденсаторов Вы не найдете в продаже. Для того, что бы получить необходимую емкость придется купить и соединить параллельно 3 конденсатора один на 100 мкФ, второй- на 20, и третий на 5 мкФ.

Соединение конденсаторов последовательно

При последовательном соединении конденсаторов каждая из обкладок соединяется только в одной точке с одной обкладкой другого кон­денсатора. Получается цепочка конденсаторов. Крайние два вывода подключаются к источнику тока, в результате чего происходит перераспределение между ними электрических зарядов. Заряды на всех промежуточных обкладках одинаковые величине с чередованием по знаку.

Через все соединенные конденсаторы последовательно протекает одинаковой величины ток, потому что у него нет другого пути прохождения.Общая же емкость будет ограничиваться площадью обкладок самого маленького по величине, потому что как только зарядится полностью конденсатор с самой маленькой емкостью- вся цепочка перестанет пропускать ток и заряд остальных прервется. Высчитывается же ем

кость по этой формуле:

Но при последовательном соединении увеличивается расстояние (или изоляция) между обкладками до величины равной сумме расстояний между обкладками всех последовательно подключенных конденсаторов. Например, если взять два конденсатора с рабочим напряжением 200 Вольт и соединить последовательно, то изоляция между их обкладками сможет выдержать 1000 Вольт при подключении в схему.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что последовательно соединять необходимо:

1. Для получения эквивалентного меньшего по емкости конденсатора.

2. Если необходима емкость, работающая на более высоких напряжениях.

3. Для создания емкостного делителя напряжения, который позволяет получить меньшей величины напряжение из более высокого.

Практически, для получения первого и второго достаточно просто купить один конденсатор с необходимой величиной емкости или рабочим напряжением. Поэтому данный метод соединения в жизни не встречается.

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

1. 1. Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В.  Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
   2. Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

Относительная диэлектрическая проницаемость

Не менее значимым фактором, влияющим на емкость конденсатора, является такое свойство материала между обкладками как относительная диэлектрическая проницаемость. Это безразмерная физическая величина, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия двух свободных зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме.

Материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью позволяют обеспечить большую емкость. Объясняется это эффектом поляризации – смещением электронов атомов диэлектрика в сторону положительно заряженной пластины конденсатора.

Поляризация создает внутренне электрическое поле диэлектрика, которое ослабляет общую разность потенциала (напряжения) конденсатора. Напряжение U препятствует притоку заряда Q на конденсатор. Следовательно, понижение напряжения способствует размещению на конденсаторе большего количества электрического заряда.

Ниже приведены примеры значений диэлектрической проницаемости для некоторых изоляционных материалов, используемых в конденсаторах.

Воздух – 1.0005

Бумага – от 2.5 до 3.5

Стекло – от 3 до 10

Слюда – от 5 до 7

Порошки оксидов металлов – от 6 до 20