Классификация и конструкции конденсаторов

Конденсаторы

Принцип действия конденсаторов основан на способности накапливать на обкладках электрические заряды при приложении между ними напряжения. Количественной мерой способности накапливать электрические заряды является емкость конденсатора. В простейшем случае конденсатор представляет собой две металлические пластины, разделенные слоем диэлектрика. Емкость такого конденсатора, пФ

где e - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (e >1),

S - площадь обкладок конденсатора (см²),

d - расстояние между обкладками (см).

Конденсаторы широко используются в РЭА для самых различных целей. На их долю приходится примерно 25% всех элементов принципиальной схемы.

Классификация и конструкции конденсаторов.

По назначению конденсаторы делятся на конденсаторы общего назначения и специального назначения. Конденсаторы общего назначения делятся на низкочастотные и высокочастотные. К конденсаторам специального назначения относятся высоковольтные, помехоподавляющие, импульсные, дозиметрические, конденсаторы с электрически управляемой емкостью (варикапы, вариконды) и др.

По назначению конденсаторы подразделяются на контурные, разделительные, блокировочные, фильтровые и т.д., а по характеру изменения емкости на постоянные, переменные и полупеременные (подстроечные).

По материалу диэлектрика различают три вида конденсаторов: с твердым, газообразным и жидким диэлектриком. Конденсаторы с твердым диэлектриком делятся на керамические, стеклянные, стеклокерамические, стеклоэмалевые, слюдяные, бумажные, электролитические, полистирольные, фторопластовые и др.

По способу крепления различают конденсаторы для навесного и печатного монтажа, для микромодулей и микросхем.

Пакетная конструкция (Рис. 1). Она применяется в слюдяных, стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых типах керамических конденсаторов и представляет собой пакет диэлектрических пластин (слюды) I толщиной около 0,04 мм, на которые напылены металлизированные обкладки 2, соединяемые в общий контакт полосками фольги 3.

Рис. 1 Пакетная конструкция	Рис. 2. Трубчатая конструкция

Трубчатая конструкция. Она характерна для высокочастотных трубчатых конденсаторов и представляет собой керамическую трубку I (Рис. 2) с толщиной стенок около 0,25 мм, на внутреннюю и внешнюю поверхность которой методом вжигания нанесены серебряные обкладки 2 и 3. Для присоединения гибких проволочных выводов 4 внутреннюю обкладку выводят на внешнюю поверхность трубки и создают между ней и внешней обкладкой изолирующий поясок 5, снаружи на трубку наносится защитная пленка из изоляционного вещества.

Дисковая конструкция. Эта конструкция (Рис. 3) характерна для высокочастотных керамических конденсаторов: на керамический диск I с двух сторон вжигаются серебряные обкладки 2 и 3, к которым присоединяются гибкие выводы 4..

Рис. 3.Дисковая конструкция	Рис. 4 Литая конструкция

Литая секционированная конструкция. Эта конструкция характерна для монолитных многослойных керамических конденсаторов (Рис. 4), получивших в последние годы широкое распространение, в том числе в аппаратуре с ИМС.

Такие конденсаторы изготовляют путем литья горячей керамики, в результате которого получают керамическую заготовку I с толщиной стенок около 100 мкм и прорезями (пазами) 2 между ними, толщина которых порядка 130-150 мкм. Затем эта заготовка окунается в серебряную пасту, которая заполняет пазы, после чего осуществляют вжигание серебра в керамику.

В результате образуются две группы серебряных пластин, расположенных в пазах керамической заготовки, к которым припаиваются гибкие выводы

Рулонная конструкция. Эта конструкция (Рис. 5.) характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов, обладающих большой емкостью. Бумажный конденсатор образуется путем свертывания в рулон бумажной ленты 1 толщиной около 5-6 мкм и ленты из металлической фольги 2 толщиной около 10-20 мкм. В металлобумажных конденсаторах вместо фольги применяется тонкая металлическая пленка толщиной менее 1 мкм, нанесенная на бумажную ленту.

Рис. 5 Рулонный конденсатор

Рулон из чередующихся слоев металла и бумаги не обладает механической жесткостью и прочностью, поэтому он размещается в металлическом корпусе, являющемся механической основой конструкции.

Емкость бумажных конденсаторов достигает 10 мкф, а металлобумажных 30 мкф.

Номинальная емкость С_ном и допустимое отклонение от номинала ±DС.

Номинальные значения емкости С_ном высокочастотных конденсаторов так же как и номинальные значения сопротивлений стандартизированы и определяются рядами Е6, Е12, Е24 и т.д.(см.табл.2.1). Номинальные значения емкости электролитических конденсаторов определяются рядом: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30;50; 100; 200; 300; 500; 1000; 2000:5000 мкф.

Таблица 1.

Е24	Е12	Е6
1,0	1,0	1,0
1,1	-	-
1,2	1,2	-
1,3	-	-
1,5	1,5	1,5
1,6	-	-
1,8	1,8	-
2,0	-	-
2,2	2,2	2,2
2,4	-	-
2,7	2,7	-
3,0	-	-
3,3	3,3	3,3
3,6	-	-
3,9	3,9	-
4,3	-	-
4,7	4,7	4,7
5,1	-	-
5,6	5,6	-
6,2	-	-
6,8	6,8	6,8
7,5	-	-
8,2	8,2	-
9,1	-	-

Номинальные значения емкости бумажных пленочных конденсаторов определяются рядом: 0,5; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 20; 20; 40; 60; 80; 100; 200;400; 600; 800; 1000 мкф.

По отклонению от номинала конденсаторы разделяются на классы (табл. 2).

Таблица 2.

Класс	0,01	0,02	0,05			I	II	III	IV	V	VI
Допуск, %	±0,1	±0,2	±0,5	±1	±2	±5	±10	±20	-10 +20	-20 +30	-20 +50

Конденсаторы I, II, и III классов точности являются конденсаторами широкого применения и соответствуют рядам Е24, Е12 и Е6.

В зависимости от назначения в РЭА применяют конденсаторы различных классов точности. Блокировочные и разделительные конденсаторы обычно выбирают по II и III классам точности, контурные конденсаторы обычно имеют 1,0 или 00 классы точности, а фильтровые - IV, V и VI классы точности.

Электрическая прочность конденсаторов характеризуется величиной напряжения пробоя и зависит в основном от изоляционных свойств диэлектрика. Все конденсаторы в процессе изготовления подвергаются воздействию испытательного напряжения в течении 2 - 5 с. В технической документации указывается номинальное напряжение, т.е. такое максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать длительное время при соблюдении условий, указанных в технической документации. Для повышения надежности РЭА конденсаторы используют при напряжении, которое меньше номинального.

Стабильность емкости определяется ее изменением под воздействием внешних факторов. Наибольшее влияние на величину емкости оказывает температура. Ее влияние оценивается температурным коэффициентом емкости (ТКЕ):

По значению ТКЕ керамические и некоторые другие конденсаторы разделяются на группы, приведенные в табл.3.

Таблица 3: Группы ТКЕ конденсаторов с линейной или близкой к ней зависимостью емкости от температуры

Обозначение групп ТКЕ	Номинальное значение ТКЕ при 20 — 85њ С
П100 (П120)	+ 100 (+120)
П33	-133
МП0
МП33	-133
МП47	-47
М75	-75
М150	-150
М220	-220
М330	-330
М470	-470
М750 (М700)	-750 (-700)
М2200	-2200

Для конденсаторов с нелинейной зависимостью емкости от температуры, а также с большими уходами емкости от температуры обычно приводится относительное изменение емкости в рабочем интервале температур.

Керамические конденсаторы типа 2 по допускаемому изменению емкости в рабочем интервале температур разделяются на следующие группы (табл.4).
Слюдяные конденсаторы по значению ТКЕ разделяются на следующие группы (табл. 5).

Таблица 4. Группы керамических конденсаторов типа 2 по допускаемому изменению емкости в интервале температур

Условное обозначение групп	Допускаемое относительное изменение емкости в интервале рабочих температур, %
H10	±10
H20	±20
H30	±30
H50	±50
H70	±70
H90	±90

Таблица 5. Группы ТКЕ слюдяных конденсаторов

Обозначение групп ТКЕ	Номинальное значение ТКЕ
А	±200
Б	±100
В	±50
Г	±20

У высокочастотных конденсаторов величина ТКЕ не зависит от температуры и указывается на корпусе конденсатора путем окраски корпуса в определенный цвет и нанесения цветной метки.

У низкочастотных конденсаторов температурная зависимость емкости носит нелинейный характер. Температурная стабильность этих конденсаторов оценивается величиной предельного отклонения емкости при крайних значениях температуры. Низкочастотные конденсаторы разделены на три группы по величине температурной нестабильности: Н20 - ±20%; НЗО - ±30%; Н90 - (+50 -90)%.

Потери энергии в конденсаторах обусловлены электропроводностью и поляризацией диэлектрика (см. 1.6.7) и характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь tg d. Конденсаторы с керамическим диэлектриком имеют tg d»10^-4, конденсаторы со слюдяным диэлектриком - 10^-4, с бумажным - 0,01-0,02, с оксидным-0,1-1,0.