2.3. Основные параметры пленочных конденсаторов

Параметры пленочного конденсатора зависят от электрофизических свойств материалов диэлектрика и обкладок. Емкость конденсатора определяется следующим выражением

С = С₀S, (2.1)

где S - площадь обкладки конденсатора; С₀ - удельная емкость пленочного конденсатора, определяемая как

С₀ = _Д₀ /d_Д , (2.2)

где _Д - относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика; d_Д - толщина диэлектрической пленки.

Материалы диэлектрика и обкладок, кроме того, определяют потери в конденсаторе

tg = tg_Д + (2/3)CR, (2.3)

В формуле (2.3) второе слагаемое представляет собой потери конденсатора за счет потерь в обкладках.

На очень высоких частотах емкость конденсатора падает - при разностороннем включении в р = раз, а при одностороннем включении в 2р раз. Поэтому пленочные конденсаторы большой емкости на частотах свыше 10⁸ Гц ( р>5) применять не следует, кроме случаев, когда потери не играют заметной роли.

Следует также учитывать, что рабочее напряжение конденсатора U_р связано с электрической прочностью диэлектрика Е_пр (пробивным напряжением) следующим образом

U_р = Е_прd_д . (2.4)

2.4. Параметры конденсатора, необходимые для его расчета

• номинальное значение емкости конденсатора (C );

• рабочее напряжение (U_р);

• разброс номиналов (%);

• рабочий диапазон температур (Т_max).

2.5. Конструктивный расчет пленочного конденсатора

Конструктивный расчет пленочного конденсатора сводится к определению его геометрических размеров: длины, ширины, площади S, толщины диэлектрика d_д , удельной емкости С₀. Расчитанный конденсатор должен удовлетворять требованию электрической прочности U_р и заданной точности _с.

Для расчета конденсатора необходимо, в первую очередь, выбрать материал диэлектрика (см. табл.2.1).

Погрешность конденсатора (точность, отклонение от номинала) определяется по формуле

_с = _s + _с0 + _ст + _сст , (2.5)

где _с - относительная погрешность конденсатора, задаваемая при расчете; _s - относительная погрешность воспроизведения площади конденсатора

_s = ;

А - абсолютная технологическая погрешность воспроизведения размеров контура конденсатора (А = 0,04 мм); _с0 - относительная технологическая погрешность удельной емкости конденсатора (_с0 = 10%); _ст - относительная погрешность конденсатора за счет изменения температуры окружающей среды

_ст = _с(Т  20⁰ С); (2.6)

_с - температурный коэффициент емкости ( ТКЕ ), который является табличной величиной для выбранного материала диэлектрика; _сст - относительная погрешность конденсатора, обусловленная его старением (табличная величина).

Для обеспечения заданной точности емкости при изготовлении пленочного конденсатора необходимо, чтобы выполнялось условие

 _{s доп} , (2.7)

где _{s доп} - допустимая относительная погрешность воспроизведения площади конденсатора, которая рассчитывается согласно выражению

_{s доп} = _с  _с0  _ст  _сст . (2.8)

Заметив, что S = C/C₀, решим выражение (2.7) относительно C₀ и получим максимальное значение удельной емкости (С_{0 max} ), которое может быть принято при заданных _с и А - абсолютной погрешности воспроизведения размеров верхней обкладки конденсатора

С_{0 max}  С . (2.9)

В частном случае, когда конденсатор имеет обкладки квадратной формы (т.е. k_ф = 1), выражение (2.9) принимает вид

С_{0 max}  С (_{s доп} /2А)² . (2.10)

Конденсатор, кроме критерия заданной погрешности, должен выдерживать заданное рабочее напряжение U_р

U_р = Е_прd_д / k , (2.11)

где U_р - заданное рабочее напряжение; Е_пр - электрическая прочность (пробивное напряжение - справочная величина); k - коэффициент запаса, равный 2-4.

Из соотношения (2.11) можно определить толщину диэлектрика, удовлетворяющую критерию обеспечения заданного рабочего напряжения

d_д = U_р k / Е_пр . (2.12)

Зная материал диэлектрика и его толщину d_д можно определить удельную емкость конденсатора С₀

С₀ = _д₀/d_д = 0,0884_д/d_д . (2.13)

В результате расчетное значение удельной емкости пленочного конденсатора должно удовлетворять условию

С_{0 max} > С_{0 расч} < С₀ , (2.14)

т. е. необходимо, чтобы расчетное значение удельной емкости С_{0 расч} было меньше рассчитанных по формулам (2.10) и (2.13).

После этого уточняется толщина диэлектрика