1.7.2 Конденсаторы

Конденсаторы по их использованию в ЭС занимают второе место среди других пассивных ЭЭТ.

Классификацию конденсаторов осуществляют по ряду классификационных признаков (рис.1).

общего назначения

специальные

постоянные

подстроечные

переменные

с органическим диэлектриком

незащищенные

защищенные

с неорганическим диэлектриком

неизолированные

для печатного

с газообразным диэлектриком

изолированные

уплотненные

для навесного

с оксидным диэлектриком

герметизированные

для микромодулей

с двойным электрическим слоем

для микросхем

Все остальные конденсаторы являются специальными. Основные свойства конденсаторов определяются видом диэлектрика, поэтому проводят их классификацию по виду диэлектрика. (рис.2)

с органическим диэлектриком

с неорганическим диэлектриком

с оксидным диэлектриком

с газообразным диэлектриком

низковольтные

низковольтные

типа 1, 2, 3

общего назначения

воздушные

высоковольтные

неполярные

газонаполненные

импульсные

переменного напряжения

дозиметрическме

помехоподавляющие

высоковольтные

типа 1, 2

помехоподавля- ющие

нелинейные

высокочастотные

импульсные

пусковые

вакуумные

Рис.2. Классификация конденсаторов по виду диэлектрика

Конденсаторы постоянной емкости характеризуются рядом электрических характеристик и параметров.

Номинальная емкость – значение емкости, отмаркированной на конденсаторе и указанное в технической документации. Номинальные емкости стандартизированы. Они образуют ряды геометрической прогрессии. В производстве конденсаторов чаще всего используют ряды Е3, Е6, Е12, Е24, реже Е48, Е96 и Е192.

Допустимое отклонение (допуск) определяется классом точности. (Рис.3.)

Класс	001	002	005	00	0	I	II	III	IV	V	VI
Допуск, %	±0,1	±0,2	±0,5	±1	±2	±5	±10	±20	-10 ±20	-20 ±30	-20 ±50

Рис.3. Классы точности и допуски конденсаторов

Номинальное напряжение – наибольшее напряжение между обкладками конденсатора при котором он может работать надежно, сохраняя свои параметры в пределах допуска при установленном диапазоне рабочих температур. Для большинства типов конденсаторов регламентируется номинальное напряжение постоянного тока. Допустимое напряжение переменного тока на конденсаторе, как правило, меньше номинального напряжения постоянного тока. Различают также испытательное и пробное напряжения.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) – параметр, характеризующий обратимое изменение емкости конденсатора при изменении температуры на 1⁰С. Он может быть положительным, отрицательным или близким к нулю. Для большинства конденсаторов закон изменения ТКЕ – линейный. Для низкочастотных конденсаторов большой емкости (бумажные, электрические, оксидно-полупроводниковые и др.) – нелинейный. Температурная стабильность у них оценивается при крайних значениях температур и значительно ниже, чем у высокочастотных.

Сопротивление изоляции – это сопротивление, оказываемое конденсатором прохождению электрического тока.

У электролитических конденсаторов измеряют не сопротивление изоляции, а ток утечки. Чем больше емкость, тем больше ток утечки (для танбаловых конденсаторов – доли микроампера, для алюминиевых – несколько миллиамперов).

Потери в конденсаторах при переменном токе характеризуются tgδ.

Мощность конденсатора. При работе конденсатора в цепи переменного синусоидального напряжения различают мощности:

полную:

активную:

реактивную:

где U, I – действующие (0,707 от амплитудного) значение синусоидального напряжения и тока; φ – угол сдвиша фаз между векторами напряжения и тока конденсатора; δ – угол потерь.

Энергия конденсатора равна .

Полное сопротивление определяется , гдеR_s – эквивалентное последовательное активное сопротивление конденсатора;

- реактивное емкостное сопротивление;

- реактивное индуктивное сопротивление;

C_S, L – емкость и индуктивность в последовательной схеме замещения.

Рассматривают и другие характеристики для конденсаторов постоянной емкости: постоянную времени (τ=R_из·C_ном), коэффициент диэлектрической абсорбции, габариты и массу, удельные параметры.

Для оперативной перестройки резонансных контуров применяются конденсаторы переменной емкости с механическим и электрическим управлением. К последним относят вариконды (с=φ(u)) и варикапы, в которых емкость p-n перехода плоскостных диодов зависит от величины приложенного напряжения.

Вариконды характеризуются коэффициентом нелинейности по напряжению переменного тока К_пер=С_max/С_нам (например, К_пер ≥15 для вариконда КН105-2. Основная характеристика для вариконда – коэффициент перехода по емкости К_с(для Д901А – К_с=3..4).

Переменные конденсаторы с механическим управлением классифицируются по признакам:

1. По виду диэлектрика (с твердым или газообразным).

2. По закону изменения емкости (прямоемкостные, прямочастотные, прямоволновые, частотно- и емскостнологарифмические, косинусоидальные и другие).

3. По величине емкости и диапазону частот.

4. По форме электродов (пластинчатые, цилиндрические, спиральные).

5. По числу секций (односекционные и многосекционные).

6. По углу поворота (с нормальным ~180^о, с расширенным – более 180^о и с уменьшенным углом поворота – около 95^о).

7. По способу изготовления секций (с цельнофрезерованным ротором (статором); с секциями, собранными расчеканкой, отбортовкой).

Условное обозначение конденсаторов может быть сокращенным и полным. Сокращенное обозначение состоит из следующих элементов:

первый элемент буква или сочетание букв, определяющих конденсатор;

второй элемент обозначения – число, указывающее, используемый вид диэлектрика;

третий элемент – порядковый номер разработки конкретного типа конденсатора.

Полное условное обозначение состоит из следующих элементов:

первый элемент – сокращенное обозначение;

второй элемент – основные параметры и характеристики, необходимы для заказа и записи в технической документации;

третий элемент – климатическое исполнение

четвертый элемент – документ на поставку (ТУ,ГОСТ).

Пример обозначения: К75-10-250В-1.0 мкФ5%-В.ОЖО.484.465ТУ (комбинированный конденсатор постоянной емкости К75_10 с номинальным напряжением 250В, номинальной емкостью 1,0мкФ и допуском5%, всеклиматического исполнения).

Сокращенные обозначения конденсаторов приведены в таблице 1.

Маркировка конденсаторов может быть буквенно-цифровая, содержащая сокращенной обозначение конденсатора (тип), номинальное напряжение, емкость, допуск, группу ТКЕ, месяц и год выпуска (может быть марка завода-изготовителя), либо цветовая.

Таблица1. Сокращенные обозначения конденсаторов

Сокращенное обозначение	Тип конденсатора по виду диэлектрика
Конденсаторы постоянной емскости
К10 К15 К21 К22 К23 К31 К32 К40 К41 К42 К50 К51 К52 К53 К60 К61 К70 К71 К72 К73 К74 К75 К76 К77 К78	Керамические на номинальной напряжение ниже 1600В Керамические на номинальное напряжение 1600В и выше Стеклянные Стеклокерамические Стеклоэмалевые Слюдяные малой мощности Слюдяные большой мощности Бумажные на номинальное напряжение ниже 1600В с фольговыми обкладками Бумажные на номинальное напряжение 1600В и выше с фольговыми обкладками Бумажные с металлизированными обкладками (металлобумажные) Электролитические алюминиевые Электролитические танталовые фольговые Электролитические танталовые объемно-пористые Оксидно-полупроводниковые Воздушные Газообразные Полистирольные с фольговым обкладками Полистирольные с металлизированными обкладками Фторопластовые Полиэтилентерефталатные с металлизированными обкладками Полиэтилентерефталатные с фольговыми обкладками Комбинированные Лакопленочные Поликарбонатные Полипропеленовые
Конденсаторы подстроечные
КТ1 КТ2 КТ3 КТ4	Вакуумные С воздушным диэлектриком С газообразным диэлектриком С твердым диэлектриком
Конденсаторы переменной емкости
КП1 КП2 КП3 КП4	Вакуумные С воздушным диэлектриком С газообразным С твердым диэлетриком

При выборе конденсаторов необходимо учитывать следующие факторы:

1. Номинальное значение емкости

2. Допуск на точность

3. Напряжение: постоянное, переменное, максимальное и его выбросы

4. ТКЕ

5. Условия эксплуатации

6. Изменения емкости при вариациях напряжения

7. Утечки

8. Полярность

9. Добротность (потери)

10. Паразитные явления: последовательная индуктивность, последовательный резонанс.

11. Закон изменения емкости

12. Стабильность

13. Влияние окружающей среды: удары, вибрации, температурный цикл, влажность, легкость пайки, механическая прочность, прочность изоляции, долговечность цветового кода.

14. Максимальное значение пульсаций тока и напряжения.

15. Стоимость

Кроме конденсаторов для обычного монтажа отечественной промышленностью выпускаются конденсаторы для использования их в технологии монтажа на поверхность (ТМП).

Для ПМ находят широкое применение керамические и оксидные (алюминиевые и танталовые) конденсаторы.

Керамические конденсаторы являются самым распространенным типом. При малых размерах, простоте изготовления они перекрывают весь спектр номиналов и ТКЕ. Номиналы емкостей – от долей пикофарад до единиц микрофарад. Алюминиевые оксидные конденсаторы выпускаются на напряжение 6,3-63,0 В и емкость от долей микрофарад до 22 мкФ.

Оксидно-полупроводниковые танталовые конденсаторы имеют наибольшие удельные емкости и наибольшие номиналы.

Кроме конденсаторв постоянной емкости выпускаются также подстроечные конденсаторы. Они выплнены в виде керамического основания, имеющего подвижный ротор. На роторе имеется шлиц под отвертку. Вращением ротора изменяют площадь перекрытия обкладок и, следовательно, емкость конденсатора.

К-17.“в” ОЖО.460.172 ТУ

Конденсаторы постоянной емкости предназначены для работы в качестве встроенных элементов внутреннего монтажа РЭА в составе герметизированных узлов в цепях постоянного и переменного токов и в импульсных режимах.

Выпускаются в виде чип-элементов с габаритными размерами от 2.0х1.4 до 8.9х9.8 мм. Номинальные емкости от 22 пФ до 0,68 мкФ, номинальные напряжения 25; 40 и 50В. Промежуточные значения номинальных емкостей для групп ТКЕ П33, М47, М75, М750, М1500 соответствует ряду Е24, групп Н50 и Н90 – ряду Е6.

Такие конденсаторы допускается эксплуатировать во всех климатических районах при применении средств защиты этих конденсаторов. Для защиты могут быть использованы герметизация блоков или заливка влагозащитным покрытием.

К-17. ОЖО.400.187 ТУ

Конденсаторы керамические незащищенные постоянной емкости группы М47 предназначены для работы в цепях переменного и постоянного токов в импульсных режимах. Разрешается применять в герметизированных объемах.

Выпускаются в виде чип-элементов с габаритными размерами 1,5х1,3 и 1,0х1,4 мм. Номинальные емкости 1-22 пФ, номинальное напряжение 50В.

К10-50 “в” ОЖО.460.182 ТУ

Конденсаторы керамические постоянной емкости предназначены для работы в цепях постоянного и переменного токов в импульсных режимах.

Выпускаются в виде чип-элементов с габаритными размерами 2,0х1,4 и 5,2х4,6 мм. Номинальные емкости от 22 пФ до 3,3 мкФ, номинальных напряжений питания 10; 16 и 25 В. промежуточные значения номинальных напряжений для групп температурного коэффициента емкости МПО соответствуют ряду Е24, групп Н50 и Н90 – ряду Е6.

К10-56 ОЖО.460.198 ТУ

Конденсаторы керамические постоянной емкости и предназначены для работы в цепях постоянного, переменного и импульсных режимах в составе телевизионных приемников, в том числе селекторов каналов. Выпускаются в виде чип-элементов с габаритными размерами 2,21х1,6мм.

Номинальные емкости от 0,47 до 6800 пФ, номинальное напряжение питания 50 В. Группы ТКЕ М47, М330, М750, М1500. промежуточные значения номинальных емкостей соответствует ряду Е6 для конденсаторов группы Н90 и ряду Е12 для конденсаторов остальных групп.

По конструктивному исполнению такие конденсаторы являются незащищенными.

К53-15 ОЖО.464.121 ТУ

Конденсаторы оксидно-полупроводниковые танталовые полярные постоянной емкости предназначены для работы в составе РЭА в цепях постоянного, пульсирующего токов и в импульсных режимах.

Выпускаются в виде чип-элементов с габаритными размерами от 4,0х2,5 до 19,8х8,0 мм. Номинальные емкости от 0,1 до 33 мкФ, номинальные напряжения питания от 2 до 20 В. Способ крепления таких конденсаторов – приклейка за корпус.

К53-22 ОЖО.464.158 ТУ

Конденсаторы оксидно-полупроводниковые танталовые полярные безвыводные постоянной емкости предназначены для работы в составе узлов РЭА в цепях постоянного, пульсирующего токов.

Выпускаются в виде чип-элементов с габаритными размерами от 4,4х2,4 до 8,5х4,4 мм. Номинальные емкости от 0,1 до 100 мкФ, номинальные напряжения питания от 3,2 до 50 В. При монтаже конденсаторов в аппаратуру рекомендуется применять припой ПОС-61 и ПОССу-61-0,5 (ГОСТ 21930-75).

К53-25 ОЖО.464.189 ТУ

Конденсаторы оксидно-полупроводниковые танталовые незащищенные полярные постоянной емкости предназначены для работы в составе РЭАВ в цепях постоянного, пульсирующего токов и в импульсных режимах.

Выпускаются в виде чип-элементов с габаритными размерами от 4,0х4,5 до 17х16 мм. Номинальные емкости от 0,33 до 150 мкФ, номинальные напряжения питания от 6,3 до 50 В.

КТ 4-27 ОЖО.460.155 ТУ

Конденсаторы подстроечные керамические незащищенные предназначены для работы в цепях переменного, постоянного токов и в импульсных режимах.

Габаритные размеры от 28х2,6 до 5,0х4,7 мм. Номинальные емкости от 0,4/20 до 4/20 пФ, номинальные напряжения питания 16; 25 и 50 В.

Катушки индуктивности.

Вокруг проводника, по которому протекает электрический ток, возникает магнитное поле. Если проводник свернуть в катушку, то магнитный поток окажется значительно большим, чем в случае прямого отрезка провода или одиночного витка. При возрастании тока магнитный поток увеличивается. Увеличение магнитного потока приводит к появлению на проводнике (катушке) напряжения, полярность которого препятствует изменению потока. Способность катушки препятствовать изменению магнитного потока называется собственной индуктивностью или просто индуктивностью, а катушки называют катушками индуктивности.

Чем больше магнитный поток, тем выше индуктивность. Сердечник из магнитного материала (железа), помещенный внутри катушки, концентрирует магнитное поле и тем самым увеличивает ее индуктивность. Так как магнитный поток в железе определяется областью петли гистерезиса, индуктивность катушки с магнитным сердечником зависит от множества факторов и является величиной переменной.

Если две катушки связаны общим магнитным полем (трансформатор), то мерой взаимодействия потоков между катушками будет взаимная индуктивность. Единицей измерения индуктивности служит генри (Гн), в этих же единицах измеряется взаимная индуктивность. Индуктивность 1 Гн – это достаточно большая единица, поэтому на практике часто применяют кратные ей единицы измерения индуктивности, а именно миллигенри (мГн) и микрогенри (мкГн).

Если к катушкам индуктивности приложить переменное напряжение, то они поведут себя как реактивные сопротивления: где(означает поворот вектора по часовой стрелке на 90);L – индуктивность, Гн; f – частота, Гц.

Промышленностью выпускаются катушки индуктивности разнообразных видов и конфигураций. Катушки с небольшим значениями индуктивности по форме и размерам близки к композиционным резисторам мощностью 1 Вт. В этом случае индуктивность измеряется в микрогенри и обозначается цветовым кодом, идентичным тому, который используется для маркировки композиционных резисторов. При больших значениях индуктивности применяются катушки с сердечником из карбонильного железа. Если требуются еще более высокие значения индуктивности (для шин питания при низких частотах), то используются катушки с сердечниками, выполненными, из пластин листовой стали.

Катушки с переменной индуктивностью имеют подвижные сердечники из карбонильного железа, которые можно перемещать с помощью специальных инструментов или регулировочных ручек.

Различают катушки индуктивности избирательных (фильтры, колебательные контуры и др.) и апериодических цепей (трансформаторы, дроссели низкой частоты). Кроме того, катушки индуктивности бывают постоянной и переменной индуктивности. Катушки с большим изменениями индуктивности называются вариометрами, а с малыми (10-15%) – подстроечными.

По типу конструкции катушки индуктивности делят на цилиндрические и плоские. Цилиндрические бывают каркасными, бескаркасными, с сердечником и без него, экранированные и неэкранированные.

Плоские катушки индуктивности выполняются на жестком основании (КВ и УКВ диапазон).

По типу намотки их делят на однослойные и многослойные.

В зависимости от технологии изготовления делят на намоточные, печатные, тонкослойные и полученные вжиманием проводящего слоя в основании (каркас).

К основным параметрам катушки индуктивности относят: номинальную индуктивность и ее допуск, добротность, собственную емкость, стабильность, условия эксплуатации и др.

При выборе катушек индуктивности необходимо учитывать следующие факторы:

1. номинальное значения индуктивности;

2. габариты и требования к монтажу;

3. добротность;

4. частотный диапазон;

5. наличие или отсутствие сердечника;

6. уровень постоянного тока и амплитуду переменного тока в катушках с железным сердечником;

7. влияние паразитной емкости и собственную резонансную частоту;

8. для связанных катушек: соотношение количества витков, взаимную индуктивность и емкостную связь между витками;

9. воздействие окружающей среды: температуру, влажность, ударную нагрузку, вибрацию, изоляцию, перепады температуры;

10. рассеиваемую мощность;

11. экранирование;

12. фиксированная или переменная индуктивность.