Конструкции конденсаторов
Пакетная конструкция. В настоящее время конденсаторы делают из нескольких пластин в виде слоеного торта, т.е. создают многослойный конденсатор
В этом случае емкость такого конденсатора можно рассчитать:
где n – это количество пластин
Таким образом, площадь обкладок конденсатора увеличивается без увеличения площади, которую занимает конденсатор на подложке.
Пакетная конструкция присуща слюдяным, стеклоэмалевым, стеклокерамическим и некоторым типам керамических конденсаторов.
Пакет образован чередующимися слоями диэлектрика и обкладок, которые могут быть выполнены из металлической фольги или нанесены в виде пленок металла напылением или вжиганием. Пакетную конструкцию опресовывают, герметизируют или покрывают влагозащитной эмалью.
Рулонная конструкция характерна для бумажных пленочных и электролитических конденсаторов сухого типа. В этом случае для бумажных и пленочных конденсаторов одновременно свертывают фольговые обкладки 2, разделенные бумагой или пленкой из полимера . Толщина бумаги берется не более 5 мкм, толщина пленки – 10 – 20 мкм, толщина обкладок из алюминия – 8 мкм. Для металлобумажных и металлопленочных конденсаторов обкладки выполняют нанесением тонкого слоя (сотые доли мкм) на поверхность ленты диэлектрика. В электролитических конденсаторах между двумя обкладками (оксидированной и неоксидированной) прокладывают ленту из бумаги или бязи, пропитанной электролитом, которую сворачивают в рулон одновременно с обкладками. Роль диэлектрика выполняет окисная пленка алюминия (относительная диэлектрическая проницаемость 10) или тантала (относительная диэлектрическая проницаемость 25) толщиной в сотые доли – единицы микрона. Такая толщина диэлектрика обеспечивает электролитическим конденсаторам повышенную удельную емкость. Электролит выполняет роль второй обкладки.
Современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда. Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах. Такие конденсаторы неполярны. Неполярные электролитические конденсаторы имеют емкость от 1 до 100 мкФ и рассчитаны на действующее значение напряжения 50 В. Кроме того, они дороже обычных (полярных) электролитических конденсаторов.
При использовании электролитического конденсатора необходимо правильно определить полярность его включения. При неправильном включении ток утечки этого конденсатора может влиять на режим усилительного каскада.
В алюминиевых электролитические конденсаторы в качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al2O3). Такие конденсаторы работают корректно только на малых частотах и имеют большую емкость.
Характеризуются высокой удельной емкостью. Электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру. Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.
В танталовые электролитических конденсаторах металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta2O5).
Свойства:
высокая устойчивость к внешнему воздействию;
компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.
Резервуарная конструкция характерна для жидкостных электролитических конденсаторов. В стальном герметизированном корпусе 10 цилиндрической формы расположен объемно-пористый анод 7 конденсатора, помещенный в электролит 6 из серной кислоты (в танталовых резервуарных конденсаторах в качестве электролита используются HCl и LiCl). Для защиты от ее действия внутренние стенки корпуса покрыты серебром. Выводы конденсатора сделаны от цилиндра анода (ленточный плюсовой вывод 1) и от нижнего торца корпуса (проволочный минусовый вывод 9).
Резервуарная конструкция жидкостного электролитического конденсатора
1 – металлизация, 2, 3 – уплотняющая прокладка, 4 – положительный вывод, 5 – прокладка. 6 – электролит, 7 – объемо-пористый анод, 9 – отрицательный вывод, 10 – корпус.
Применение объемно-пористого анода, получаемого спеканием порошка окиси тантала, резко увеличивает эффективную площадь анода, что позволяет получить большие емкости конденсаторов при малых объемах. Использование сильно действующего (активного) электролита снижает сопротивление конденсатора, что улучшает температурные и частотные зависимости его емкости, но ограничивает предел рабочих напряжений.
Трубчатая конструкция присуща многим керамическим конденсаторам. Обкладки конденсаторов 4 и 5 образованы на внутренней и внешней поверхностях трубки 6 методом вжигания серебра в керамику. Толщину стенок трубки берут 0,25 мм и выше. В случае применения гибких проволочных выводов 1 нижнюю обкладку выводят на внешний цилиндр и создают между ней и верхней обкладкой изолирующий «поясок» 2.
Трубчатая конструкций керамических конденсаторов: а — с проволочными выводами, б — с ленточными выводами; 1 — проволочный вывод. 2 — поясок. 3 — эмаль, 4 — внутренняя обкладка. 5 — внешняя обкладка, 6 — керамическая трубка. 7 — внутренний ленточный вывод, 8 — внешний ленточный вывод.
В случае применения гибких проволочных выводов 1 нижнюю обкладку выводят на внешний цилиндр и создают между ней и верхней обкладкой изолирующий «поясок» 2. При использовании жестких ленточных выводов вывод 7 вставляют во внутреннюю полость трубки, а выводом 8 обжимают ее снаружи. Конструкция трубчатых конденсаторов имеет влагостойкое цветное эмалевое покрытие. Цвет эмали определяет группу стабильности емкости конденсатора.
Дисковая конструкция характерна для некоторых типов постоянных и полупеременных керамических конденсаторов. В этом случае на керамическом диске 5 (см. рис.) сверху и снизу образуют обкладки 2 и 4 конденсатора из вожженного серебра в виде полумесяца (при жестком креплении проволочных выводов 1 (3 – припой), проходящих через толщу диска) или круга (при непосредственной припайке проволочных выводов к обкладкам). Конструкцию дискового конденсатора также покрывают цветной эмалью.
