книги из ГПНТБ / Казарновский Д.М. Материалы и детали электротехнической аппаратуры

допускаемое переменное напряжение (рис. 8-2). При нормальных

температуры;.при { = 60-ч-70° С, сопротивление изоляции снижается

вдвое. К достоинствам полнстирольных конденсаторов относится

Конденсаторы имеют отрицательный Т1<Е= —150 - 1 0 проц/град.

нейшем надо ожидать повышения предельных рабочих температур конденсаторов за счет использования пленки из сополимеров сти­ рола.

.130

чаях, когда требуются малая абсорбция, высокая постоянная времени и повышенная рабочая температура по сравнению с полистирольными.

ного газа. При полимеризации стремятся обеспечить высокое со­ держание так называемой изотактической фазы. По характеру расположения радикала СН3 в макромолекуле относительно глав­

по обе стороны цепи; б) синдиотактический полимер: радикалы расположены по обе

стороны от главной цепи, чередуясь в строгом порядке;

Только при преобладании изотактической кристаллической фазы получается высокая нагревостойкость полипропилена до 170. Ма­ териал при содержании 60% кристаллической фазы обладает эластичностью; путем выдувания получают полипропиленовую

= 400 кГ/см2. Электрические свойства: е=2,0; tg 8= 5- 10 4 (10Gгц)\ Епр = 800 кв/см, у= 10—15 ом~1-см-1. Полипропиленовые конденса­ торы могут работать при температуре до 150° С.

и повышенной температуры, к преимуществам конденсатора от­ носятся большая постоянная времени и малый коэффициент абсорбции.

Поликарбонатные конденсаторы

Поликарбонатная пленка — полиэфир, получаемый замеще ыием гидроксильных групп в молекуле угольной кислоты

ОН

С = 0

I

ОН

132

Конденсаторы из этой пленки (макрофоль) допускают работу при 140° С; по сравнению с лавсановыми они при повышенных темпе­ ратурах имеют более стабильную емкость, более высокую постоян­ ную времени и более низкий tgS при тех же примерно остальных показателях; повышенная толщина пленки является их недостат­ ком. В дальнейшем можно ожидать снижение удельного объема ■конденсатора за счет применения полярных пленок с повышенной диэлектрической проницаемостью порядка s = l 2 .

Фторопластовые конденсаторы

Диэлектриком в этих конденсаторах служит пленка фторопла- ста-4 (стр. 100). Неполярная ориентированная пленка, получаемая путем вальцевания, может иметь небольшую толщину до 6 мкг Она имеет высокую влагостойкость, нагревостойкость (темпера­ тура размягчения 320°С) и химическую стойкость. Однако под действием короны электрическая прочность фторопласта резко падает. Для фторопластовых конденсаторов в качестве электродов применяют алюминиевую фольгу. Металлизация в вакууме воз­ можна лишь после специальной обработки пленки. После намотки секций их подвергают запеканию при250°С для удаления прослоек воздуха. Готовая секция помещается в керамический цилиндриче­ ский корпус с приваренными по концам металлическими колпач­ ками, снабженными выводами. Рассмотрим свойства одного из фто­ ропластовых конденсаторов К72П-2 (ФТ4 термостойкого частот­ ного). Емкость достигает С„<^ I мкф (при £/„ = 160 е). Напря­ жение £/„ = 160-4-1500 в. Классы точности: ± (5—20%). Рабочая температура £р= —60... + 200° С. В цепях переменного и пульси­ рующего тока величина £/__ снижается: при £/„ =500н-1500 в до

400 в. При £/„ = 160 и 200 в переменное напряжение может быть взято равным £/„. Значения переменного напряжения и тока должны быть вдобавок проверены по формулам (8-7) и (8-8). Конденсаторы так же, как и полистирольные, имеют высокое со­

пропитанных конденсаторовКав =0,1%. Допустимые ускорения: тв =1,Ъ g; /н„==50 g; туд =35 g. Гарантийные сроки ^сл = 1000 нас, тхр= 8,5 лет. Следует учитывать относительную высокую стоимость фторопластовых конденсаторов.

S-4. СЛЮДЯНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Диэлектриком в конденсаторах служит слюда мусковит пер­ вого сорта толщиной 20 мк, электроды выполняют либо из фольги, либо из серебра, наносимого методом вжигания. Слюда в виде

133

прямоугольных пластинок калибруется по толщине; из пластинок слюды и фольги в специальных шаблонах собирается конденсатор. При использовании электродов из серебра на пластинки слюды, наносят электроды вжиганием серебра, после чего из посеребрен­ ных пластинок собирают конденсатор, прокладывая контактные полоски фольги. Набранный пакет прессуют, выводы закрепляют латунными зажимами, секцию сушат в вакууме, пропитывают и опрессовывают пластмассой или помещают в герметический корпус.

В фольговых конденсаторах между фольгой и слюдой неиз­ бежно возникают воздушные прослойки, поэтому при колебаниях температуры конденсатора происходят необратимые изменения его емкости. Большая часть слюдяных конденсаторов выпускается, с электродами из серебра, что позволяет получить высокую ста­ бильность емкости. Величина ТКЕ может иметь значения:

Рабочие температуры лежат обычно в пределах от —60 до +70° С,

Рассмотрим широкоприменяемые герметизированные конденса­

ко более низкими потерями при 70° С обладают конденсаторы типа ССГ (слюдяные серебрёные герметизированные) на 350 в, отли­ чающие к тому же высоким классом точности: ±(0,5 = 5)% и ма­ лым ТКЕ = ±50 • 10-4 проц/град. По остальным характеристикам они близки к конденсаторам КСГ.

К конденсаторам с повышенной рабочей температурой принад­ лежат конденсаторы КСОТ (опрессованные температуростойкие)

134

с ^ = —60../+155°С, UH= 250-ь1000 в и Сн = 5 0 - 10 000 пф.

Классы точности ±(2н-20)% ). В цепи переменного тока величи­ на U __ в процентах от Uн снижается с ростом частоты:

При этом £/_ (амплитуда)

этом должен удовлетворять условиям для КСГ (стр. 134). Величи-

на R U3.20> 2 . \ V M om, Яцэ.155> 500 Моя. При 20°С tgS2o = 10 -3,

при 155° С он возрастает вдвое. Величина ТКЕ отвечает группам Б,

слюдяные конденсаторы с рабочей температурой до 200° С. Разра­

в том, что путем подбора состава керамики можно управлять ве­

сегнетоконденсаторы и оксидно-керамические, у которых темпера­ турная зависимость емкости не является линейной. Кроме того, можно выравнивать поле у краев электродов за счет утолщения диэлектрика, что используется в высоковольтных конденсаторах. Конденсаторы выпускаются как низковольтные (до 500 в ), так и высоковольтные — до 15 кв. Наиболее распространенными низко­ вольтными керамическими конденсаторами являются дисковые, трубчатые, пленочные (литые, состоящие из нескольких слоев тон­ кой керамики), а также монолитные. По значению ТКЕ керамики высокочастотные конденсаторы классифицируются следующим об­ разом (П — положительный знак ТКЕ, М — отрицательный):

135

Для этих конденсаторов используется соответствующий тип кера­ мики (стр. 71). Изменения емкости в интервале рабочих темпера­ тур ( стабильность) для керамических конденсаторов с ненорми­ рованным ТКЕ имеют следующие значения (Н — ненормирован­ ный ТКЕ):

Для этих конденсаторов применяется сегнетокерамика. Выпу­ скается несколько типов низковольтных керамических конденсато­ ров. В качестве примера рассмотрим свойства герметизированных

Сегнетокерамические конденсаторы с ненормированным ТКЕ могут иметь высокую емкость — до 0,15 мкф (тип К.М— монолит­ ные). Для ряда типов интервал рабочих температур расширен до

.+ 155° С. Имеются конденсаторы с tp= —60... + 500° С.

Оксидно-керамические конденсаторы в качестве диэлектрика используют тонкий слой оксидной керамики, образованный на по­ лупроводниковой керамике с высокой проводимостью. Один из спо­ собов производства состоит в том, что пластинки сегнетокерамики

ребряной пасты при 500°С в окислительной атмосфере и получен­ ные изделия выдерживаются при температуре 500° С в окислитель­ ной среде. Под каждым электродом образуется изоляционная про­ слойка с высокими значениями электрического сопротивления и электрической прочности, тогда как «сердцевинная» часть пла­ стинки, являясь полупроводником, имеет низкое сопротивление. Усредненная диэлектрическая проницаемость при . напряжении U=70 в достигает колоссальной величины scp=100 000. Сопротив­

136

С тек л о эм а л ев ы е к он ден сатор ы

Конденсатор этого типа образован из чередующихся слоев стеклоэмали (или стеклокерамики) и тонких металлических об­ кладок. После сборки и уплотнения полученный пакет обжигают при высокой температуре.

Примером может служить конденсатор типа СК.МТ (много­ слойный температуростойкий).

В цепях пульсирующего тока сумма переменной (амплитуды) и

= 3,5- 10~3; tgo2oo = 6- 10-3. Реактивная мощность Р р = 5 ва. По ве­

личине ТКЕ конденсаторы относятся к группам М47 и МЗЗО. Допу­ стимые ускорения «гв= 6 g, т , —20. Гарантийные сроки тсл — = 500 час, тд;р = 6,5 лет. Эти данные показывают, что во многих слу­ чаях такие конденсаторы (с ТКЕ = —47 • 10-4 проц/град) могут служить для замены слюдяных на такие же напряжения.

8-6. ВАРИКАПЫ

Пластинка полупроводника, которая имеет между электрода­ ми р—«-переход и предназначена для использования в качестве не­ линейного управляемого конденсатора, называется варикапой.

Известно, что появление р—«-перехода связано с образованием у границы раздела электронного и дырочного полупроводников объемного заряда: положительного в области п и отрицательного в области р. Эта система может рассматриваться как конденса­ тор, имеющий, однако, тот существенный недостаток, что его элек­ трическое сопротивление в направлении от области р к области п

рехода очень велико. Можно добиться, что р—«-переход в обоих направлениях будет иметь небольшой ток утечки (при низком пе­ ременном напряжении); для этого к конденсатору необходимо

137

приложить постоянное запирающее напряжение в направлении от области я к области р. При этом увеличится объемный заряд в ширина р—я-перехода. Емкость такой системы зависит от ширины-

Интервал напряжений варикапов

< и мака

где UMaKC— наибольшее запирающее напряжение, допустимое для р—я-перехода по условиям электрической прочности.

Характерным параметром варикапы служит коэффициент не­ линейности, который можно определить, взяв производную от

Низкочастотные варикапы изготовляются из кремния. Для высо­ кочастотных варикапов применяют германий типа я, а также арсе­ нид галлия типа я.

138

Добротность варикапов может достигать 103. Низко­

частотные варикапы имеют емкость от 103 пф до 0,5 мкф. Емкость варикапы возрастаете ростом температуры, так как растет диэлек­ трическая проницаемость; однако с увеличением обратного напря­ жения температурная зависимость ослабляется. В среднем при

U_ = —1 в ТКЕ = 0,5 • 10_3 1/град.

Варикапы применяют для преобразования постоянного напря­ жения в переменное в измерительных усилителях, параметриче­ ских генераторах, автогенераторах и др.

8-7. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ

В процессе электрохимического окисления ряда металлов (фор­ мовки под напряжением) на них образуются оксидные слои с уни­ полярной проводимостью; оксидный слой запирает ток при анод­ ном включении металлической пластины и пропускает ток при ее включении в качестве катода. Образование оксидного слоя воз­ можно не только в электролитической ванне, но в некоторых слу­ чаях при наличии контакта металла с электронным полупроводни­ ком. Металлы, допускающие образование таких слоев, называют вентильными. Среди них техническое значение имеют пока алю­ миний и тантал. Современные представления указывают, что в оксидном слое на его границах образуются тонкие прослойки с по­ вышенной проводимостью: у границы с металлом — прослойка с электронной проводимостью типа п (вследствие избытка электро­

гается слой с собственной проводимостью типа i (в основном ион­ ной), обладающий правильным стехиометрическим составом. Та­ ким образом, создается р—t—n-переход, свойствами которого можно объяснить униполярную проводимость оксидного слоя. Электролитические конденсаторы обладают весьма большой емко­ стью на единицу объема, что объясняется малой толщиной ди­ электрика— оксидного слоя (0,01 -4-1 мк); его относительно боль­ шой диэлектрической проницаемостью (для оксидного слоя на алюминии е^Ю , на тантале — s= 27); большой эффективной пло­ щадью обкладок, достигаемой путем травления или использова­ ния объемнопористых анодов; возможностью высокой рабочей на­ пряженностью поля в оксидном слое (E = 5-106 е1см). Оксидный слой, находясь постоянно в контакте с электролитом или с полу­ проводником, обладает способностью к восстановлению частичных повреждений, слабых мест и т. п. Это происходит в результате доформовки, когда конденсатор включается под напряжение. Тол­ щина оксидного слоя в конденсаторах на различные рабочие на­ пряжения неодинакова. Образование оксидного слоя осуще­ ствляют путем формовки, постепенно повышая напряжение до зна­ чения на 5—10% выше рабочего. Поэтому, чем меньше рабочее

139