9.2. Конденсаторы

Конденсатор (К.) – элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделенных диэлектриком и предназначенный для использования его электрической емкости.

Напомнить: емкость C = q/U. Емкость плоского К. (и не только плоского, но и любого, у которого обкладки – пластины одинакового размера, а расстояние много меньше этого размера)

где ε₀ = 8,85∙10^-12 Ф/м – электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума); ε – относительная диэлектрическая проница­емость диэлектрика; S - площадь пластины, d – толщина диэлектрика.

Классификация конденсаторов

По характеру изменения емкости: – постоянной емкости, перемен­ной емкости, подстроечные. К. переменной емкости допускают изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры – механически или электрическим напряжением (вариконды). Подстроечные изменяются только при регулировке.

По виду диэлектрика все К. делятся на группы: с органическим (бумага, пленки – полистирол, полипропилен, поликарбонат, фторопласт, лавсан) неорганическим (керамика, стекло, слюда), газообразным, оксидным диэлектриком.

По области применения К. различают:

– высоковольтные и низковольтные (условно; чаще всего разделяют до 1600 В и свыше) [высоковольтные редко используют в электронике, чаще в силовых цепях, для них важнейший параметр – удельная энергия или допустимая реактивная мощность];

– низкочастотные и высокочастотные; НЧ обычно до10 кГц без снижения режимов и до 100 кГц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей напряжения, ВЧ до 107 Гц;

– помехоподавляющие К. предназначены для подавления индустриальных и ВЧ-помех, создаваемых промышленными и бытовыми приборами, РЭА, а также атмосферных помех. По конструкции бывают опорные и проходные. Имеют малую собственную индуктивность;

– нелинейные К. (вариконды).

Оксидные К. (другое название – электролитические) используют в качестве диэлектрика оксидный слой анода – металла, служащего одной обкладкой. Вторая обкладка – электролит. В зависимости от материала анода оксидные К. бывают алюминиевые, танталовые и ниобиевые. Имеют непревзойденное отношение емкости к объему. Являются полярными: эксплуатация возможна только при "+" не аноде.

Условные обозначения конденсаторов

первый элемент – буква: К – постоянной емкости, КП – переменной емкости, КТ – подстроечный.

Второй элемент – обозначение группы в зависимости от диэлектрика. Некоторые наиболее часто применяемые в электронике группы:

10 – керамика ниже 1600 В;

31 – слюдяные малой мощности;

40 – бумажные ниже 2 кВ;

50 – оксидные алюминиевые;

51 – танталовые, ниобиевые;

60 – воздушные;

7Х – пленочные (71 – полистирол, 72 – фторопласт, 73 – лавсан, …, 77 – поликарбонат, 78 - полипропилен).

Третий элемент – регистрационный номер типа. Может быть добавлена буква.

Эта система не распространяется на старые типы, которые обозначались произвольным сокращением описания различных признаков: конструктивных, технологических, эксплуатационных. Например: КД – конденсатор дисковый, КМ – керамический монолитный, МБГЧ – металлобумажный герметизированный частотный, ЭТО – электролитический танталовый объемно-пористый.

Основные параметры конденсаторов

Номинальная емкость и допуск. Для номинальных емкостей используются ряды от Е3 до Е192, но чаще всего до Е24. Допуски указывают в % от ± 1,1 до ± 30 (симметричные), но бывают и 0+50, –10+100; –20+50; –20+80.

Номинальное напряжение. Обычно устанавливается с необходимым запасом по отношению к электрической прочности диэлектрика. Для многих К. допустимое напряжение нужно снижать по отношению к номинальному для переменного или импульсного напряжения высокой частоты. Номинальные напряжения берутся из стандартизованного ряда; для современных конденсаторов – из ряда предпочтительных чисел.

Стандартные ряды предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84) – это геометрические прогрессии со знаменателем q= , где степень корня n= 5, 10, 20, 40, 80, соответственно обозначаемые R5, R10, R20, R40, R80. Они связаны с именем француза Ренара, который первым предложил использовать для этих целей геометрическую прогрессию со знаменателем n=5. Каждый ряд содержит в каждом десятичном интервале соответственно 5, 10, 20 и 40 различных чисел. Более редкий ряд всегда является предпочтительным по отношению к более частому. Значения чаще всего используемых первых двух рядов: R5: 1 – 1,6 – 2,5 – 4 – 6,3; R10: 1 – 1,25 – 1,6 – 2 – 2,5 – 3,15 – 4 – 5 – 6,3 – 8.

Тангенс угла диэлектрических потерь – отношение активной мощности к реактивной при sin-напряжении определенной частоты: tgδ = P/Q. Для качественных керамических К. tgδ составляет 10^-3…10^-4; для пленочных типично 0,0015…0,008. Для электролитов малой емкости 0,15; большой емкости до 0,45.

Сопротивление изоляции (для К. с органическим и неорганическим диэлектриком, типично 10 – 1000 ГОм) и ток утечки (для оксидных К., сильно зависит от емкости и номинального напряжения; например, для массового современного отечественного К50-35 с U_ном до 100 В в справочнике указано: не более 0,02СU_н + 3 мкА; С в мкФ. Например: 100 мкФ 16 В  не более 35 мкА).

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – относительное изменение емкости при изменении температуры на 1 °С. Керамические и ряд других К. делятся на группы ТКЕ: от П100 (100∙10^-6 1/°С) до М3300 (– 3300∙10^-6 1/°С). Для низкостабильных по Т° К. применяются группы от Н10 (±10%) до Н90 (±90%).

При записи К. в конструкторской документации указывают обозначение и все характеристики, необходимые для заказа. Например:

К10-7В-М47-27 пФ±10%;

К73-16-63 В-0,22 мкФ±20%;

К50-7а-250 В-100 мкФ.

УГО конденсаторов: