7.3.2. Классификация конденсаторов.

В зависимости от назначения конденсаторы разделяются на конденсаторы общего и специального назначения.

Конденсаторы общего назначения включают в себя все широко применяемые конденсаторы, используемые в большинстве видов и классов аппаратуры. Это наиболее распространённые низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особых требований. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся: высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и др.

Низковольтные конденсаторы общего назначения подразделяются на три типа:

• Тип 1 ― высокочастотные слюдяные и стеклоэмалевые конденсаторы, предназначенные для использования в резонансных контурах и там где требуется высокая стабильность ёмкости и малые потери.

• Тип 2 ― низкочастотные керамические конденсаторы, предназначенные для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки.

• Тип 3 ― низкочастотные керамические и стеклокерамические конденсаторы, предназначенные для работы в тех же цепях, что и конденсаторы типа 2, но имеющие меньшую величину сопротивления изоляции и большие потери.

Специальные конденсаторы.

1. Высоковольтные конденсаторы должны иметь высокую электрическую прочность. В качестве диэлектрика в них используются керамика, слюда, а также полистирол, фторопласт, лавсан, специальная бумага, комбинированные составы (сочетание бумаги и синтетических плёнок).

2. Импульсные конденсаторы используются в электрических цепях с относительно длительным зарядом и быстрым зарядом, например в фотовспышках и др.. Такие конденсаторы должны быть энергоёмкими, иметь малое полное сопротивление и большое рабочее напряжение. Наилучшим образом этим требованиям удовлетворяют оксидно-электролические алюминиевые конденсаторы с напряжением до 500 В.

3.Помехоподавляющие конденсаторы входят в группу оксидно-полупроводниковых танталовых конденсаторов, отличаются большим значением ёмкости, что позволяет сдвигать частотную характеристику фильтров нижних частот в область более низких частот. Их основное назначение ― подавление высокочастотных помех, создаваемых промышленными и бытовыми приборами, выпрямителями и др., а также помех атмосферных и помех излучаемых РЭА, т.е. по существу они являются фильтрами нижних частот.

4. Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низкой токовой нагрузкой. Поэтому должны иметь очень малый саморазряд, большое значение сопротивления изоляции, большую постоянную времени. Лучше всего для этой цели подходят фторопластовые конденсаторы.

5. Пусковые конденсаторы используются в схемах пуска асинхронных двигателей. С их помощью выполняются условия создания вращающего магнитного поля, что улучшает пусковые характеристики двигателей. Конденсаторы должны иметь рабочее напряжение превышающее напряжение промышленных силовых сетей. Для этой цели используются конденсаторы с алюминиевой оксидной плёнкой и жидким электролитом.

По характеру изменения ёмкости различают конденсаторы постоянной ёмкости, переменной ёмкости (регулируемые) и подстроечные. Основной класс конденсаторов ― это конденсаторы с постоянной ёмкостью, не меняющийся в течение срока службы. Однако факторы внешней среды могут влиять на стабильность ёмкости. Наибольшее влияние на величину ёмкости оказывает температура и изменения величины диэлектрической проницаемости. Влияние температуры оценивается температурным коэффициентом ёмкости ТКЕ: .

Конденсаторы с переменной ёмкостью используются для плавной настройки колебательных контуров, в цепях автоматики. Такие конденсаторы с воздушным диэлектриком применяются в радиоприёмной аппаратуре. Изменение ёмкости может осуществляться механически, электрическим напряжением (вариконды, варикапы) и температурой (термоконденсаторы).

Подстроечные конденсаторы применяются при разовой или периодической подстройке или регулировке цепей схем , где требуется незначительное изменение ёмкости.

По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органическим, неорганическим, газообразным и оксидным диэлектриком.

Конденсаторы с органическим диэлектриком делятся на низковольтные (до 1600 В) и высоковольтные (свыше 1600 В). Для бумажных конденсаторов границей деления является напряжение 1000 В. В свою очередь низковольтные конденсаторы делят на низкочастотные и высокочастотные. К низкочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе полярных и слабополярных органических плёнок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лакоплёночные, поликарбонатные и полипропиленовые).

В бумажных конденсаторах применяют конденсаторную бумагу толщиной от 6 до 10 мкм с невысокой диэлектрической проницаемостью (ε = 2 ÷ 3), поэтому габариты этих конденсаторов большие. Обычно бумажные конденсаторы изготавливают из двух длинных, свернутых в рулон лент фольги, изолированных конденсаторной бумагой, т.е. конденсаторы имеют рулонную конструкцию. Из-за больших диэлектрических потерь и большого значения собственной индуктивности эти конденсаторы нельзя применять на высоких частотах. В соответствии с принятой маркировкой эти конденсаторы обозначают К40 или К41.

Разновидностью бумажных конденсаторов являются металлобумажные (типа К42), у которых в качестве обкладок вместо фольги используют тонкую металлическую плёнку, нанесённую на конденсаторную бумагу, благодаря чему уменьшаются габариты конденсатора.

К высокочастотным плёночным относятся конденсаторы на основе неполярных органических плёнок (полистирольные, фторопластовые), имеющих малые потери, не зависящие от частоты. Максимальная рабочая частота 10⁷ Гц. В этих плёночных конденсаторах в качестве диэлектрика используют синтетические высокомолекулярные тонкие плёнки. Современная технология позволяет получить плёнки, наименьшая толщина которых составляет 2 мкм, механическая прочность 1000 кГ/см, а электрическая прочность достигает 300 кВ/мм. Такие свойства плёнок позволяют создавать конденсаторы очень малых габаритов. Конструктивно они аналогичны бумажным конденсаторам и относятся к 7-й группе.

Конденсаторы типа К71 в качестве диэлектрика имеют полистирол. В конденсаторах типа К72 применён фторопласт, в конденсаторах К73 ― полиэтилентерефталат. В конденсаторах К75 применено комбинированное сочетание полярных и неполярных плёнок, что повышает их температурную стабильность.

В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют бумагу, полистирол, фторопласт, лавсан и др.

В конденсаторах с неорганическим диэлектриком, в основном, используется керамика, стекло, стеклоэмаль, стеклокерамика и слюда.

Стеклянные, стеклокерамические и стеклоэмалевые конденсаторы относят к категории высокочастотных. Они состоят из тонких слоёв диэлектрика, на которые нанесены тонкие металлические плёнки. Для придания конструкции монолитности такой набор спекают при высокой температуре. Эти конденсаторы обладают высокой теплостойкостью и могут работать при температуре до 300°С. Существуют три разновидности таких конденсаторов: К21 ― стеклянные; К22 ― стеклокерамические; К23 ― стеклоэмалевые.

Стеклокерамика имеет более высокую диэлектрическую проницаемость, чем стекло. Стеклоэмаль обладает более высокой электрической прочностью.

Слюдяные конденсаторы имеют пакетную конструкцию, в которой в качестве диэлектрика используют слюдяные пластинки толщиной от 0,02 до 0,06 мм, диэлектрическая проницаемость которых ε ~ 6, а tgδ ~ 10^-4 . В соответствии с принятой в настоящее время маркировкой их обозначают К31. В РЭА применяют также ранее разработанные конденсаторы КСО ― конденсаторы слюдяные опрессованные. Ёмкость этих конденсаторов лежит в пределах от 51 пФ до 0,01 мкФ. Слюдяные конденсаторы применяют в высокочастотных цепях.

В конденсаторах с газообразным диэлектриком используется воздух, сжатый газ (азот, фреон, элегаз), вакуум. Особенностью этих конденсаторов являются малые потери и высокая стабильность электрических параметров. Поэтому их используют в высоковольтной и высокочастотной аппаратуре. В этой группе наибольшее распространение получили вакуумные конденсаторы превосходящие по ряду параметров воздушные и газонаполнённые конденсаторы.

В электролитических конденсаторах в качестве диэлектрика используют тонкую оксидную плёнку, нанесённую на поверхность металлического электрода, называемого анодом. Второй обкладкой конденсатора является электролит. В качестве электролита используют концентрированные растворы кислот и щелочей. По конструктивным признакам эти конденсаторы делят на четыре типа: жидкостные, сухие, оксидно-полупроводниковые и оксидно-металлические.

В жидкостных конденсаторах анод, выполненный в виде стержня с оксидной плёнкой на поверхности, погружённого в жидкий электролит, находящийся в алюминиевом цилиндре. Для увеличения ёмкости анод делают объёмно-пористым путём прессования порошка металла и спекания его при высокой температуре.

В сухих конденсаторах применяют вязкий электролит. В этом случае конденсатор изготовляют из двух лент фольги (оксидированной и неоксидированной), между которыми размещается прокладка из бумаги или ткани, пропитанной электролитом. Фольга сворачивается в рулон и помещается в кожух. Выводы делают от оксидированной (анод) и неоксидированной (катод) фольги.

В оксидно-полупроводниковых конденсаторах в качестве катода используют диоксид марганца. В оксидно-металлических конденсаторах функции катода выполняет металлическая плёнка оксидного слоя.

Особенностью электролитических конденсаторов является их униполярность, т.е. они могут работать при подведении к аноду положительного потенциала, а к катоду ― отрицательного. Поэтому их применяют в цепях пульсирующего напряжения, полярность которого не изменяется, например, в фильтрах питания.

Электролитические конденсаторы обладают очень большой ёмкостью (до тысячи микрофарад) при сравнительно небольших габаритах.

Поскольку при низких температурах электролит замерзает, то в качестве параметра элетролитических конденсаторов указывают минимальную температуру, при которой допустима работа конденсатора.

При понижении температуры ёмкость конденсатора уменьшается, а при повышении температуры ― возрастает.

Электролитические конденсаторы нашли широкое применение в связи с высокими удельными характеристиками. Их удельная ёмкость одна из самых высоких среди конденсаторов.

В зависимости от способа монтажа, конденсаторы могут выполняться для печатного и для навесного монтажа, а также для использования в составе микромодулей и микросхем или для сопряжения с ними. Для автоматизированной сборки электронных схем используются специальный класс конденсаторов, так называемые «Чип конденсаторы».

По характеру защиты от воздействий внешней среды конденсаторы выполняются защищёнными, не защищёнными, изолированными, не изолированными, уплотнёнными и герметизированными.

Не защищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышенной влажности только в составе герметизированной аппаратуры.

Защищённые конденсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любого конструктивного исполнения.

Не изолированные конденсаторы не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры.

Изолированные конденсаторы имеют хорошее покрытие (компаунды, пластмассы и т.п.) и допускают касание своим корпусом токоведущих частей аппаратуры.

Уплотнение корпуса конденсаторов осуществляется органическими материалами.

Герметизация исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством и осуществляется с помощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб.