Справочник

5.1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ В основу классификации

конденсаторов положено деление их на группы по виду применяемого диэлектрика и по конструктивным осо­ бенностям, определяющим использование их в конк­ ретных цепях аппаратуры. Вид диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: со­ противление изоляции, стабильность емкости, потери и др. Конструктивные особенности определяют характер их применения: помехоподавляющие, подстроенные, дозиметрические, импульсные и др.

По виду диэлектрика вое конденсаторы можно раз­ делить на группы: с органическим, неорганическим, га­ зообразным и оксидным диэлектриком, последний яв­ ляется также неорганическим, но в силу особой специ­ фики выделен в отдельную фуппу.

Конденсаторы с органическим диэлектриком. Эти конденсаторы изготовляют обычно намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, пленок или их комбинации с металлизированными или фольговыми электродами.

Деление конденсаторов с органической изоляцией на низковольтные (до 1600 В) и высоковольтные (свы­ ше 1600 В) носит чисто условный характер и не для всех типов строго соблюдается. Например, для бумаж­ ных конденсаторов границей деления является напря­ жение 1000 В.

По назначению и используемым диэлектрическим материалам низковольтные конденсаторы можно разде­ лить на низкочастотные и высокочастотные.

К низкочастотным пленочным относятся конденса­ торы на основе полярных и слабополярных органиче­ ских пленок (бумажные, металлобумажные, полиэтилентерефталатные, комбинированные, лакопленочные, поликарбонатные и полипропиленовые), тангенс угла диэлектрических потерь которых имеет резко выражен­ ную зависимость от частоты. Они способны работать на частотах до 10^109 Гц при существенном снижении ам­ плитуды переменной составляющей напряжения с уве­ личением частоты.

К высокочастотным пленочным относятся конденса­ торы на основе неполярных органических пленок (полистирольные и фторопластовые), имеющих малое значе­ ние тангенса угла диэлектрических потерь, не завися­ щие от частоты. Они допускают работу на частотах до 10s—107 Гц. Верхний предел по частоте зависит от кон­ струкции обкладок и контактного узла и от емкости ? К этой группе относят и некоторые типы конденсаторов на основе слабополярной полипропиленовой пленки.

Высоковольтные конденсаторы можно разделить на высоковольтные постоянного напряжения и высоко­ вольтные импульсные.

В качестве диэлектрика высоковольтных конденса­ торов постоянного напряжения используют: бумагу, по­ листирол, политетрафторэтилен (фторопласт), полиэтилентерефталат (лавсан) и сочетание бумаги и син­ тетических пленок (комбинированные).

Высоковольтные импульсные конденсаторы в боль­

шинстве случаев делают на основе бумажного и комби­ нированного диэлектриков.

Основное требование, предъявляемое к высоковоль­ тным конденсаторам, — высокая электрическая прочно* стъ. Поэтому часто прибегают к использованию комби­ нированного диэлектрика, состоящего, например, из слоев бумаги и пленки, слоев различных органически пленок и слоя жидкого диэлектрика (пропитанная кон­ денсаторная бумага). Комбинированные конденсаторы обладают повышенной по сравнению с бумажными кон­ денсаторами электрической прочностью, надежностью и имеют более высокое сопротивление изоляции.

Высоковольтные импульсные конденсаторы наряду с высокой электрической прочностью и сравнительно большими емкостями должны допускать быстрые раз­ ряды, т. е. пропускать большие токи. Следовательно, их собственная индуктивность должна быть малой, что­ бы не искажать формы импульсов. Этим требованием лучше всего удовлетворяют конденсаторы бумажные, металлобумажные и комбинированные.

Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низким уровнем токовых нагрузок. Поэтому они должны обладать очень малым саморазрядом, большим сопро­ тивлением изоляции, а следовательно, и большой по­ стоянной времени. Лучше всего для этой цели подходят фторопластовые конденсаторы.

Помехоподавляющие конденсаторы предназначены для ослабления электромагнитных помех в широком диапазоне частот. Они имеют малую собственную ин­ дуктивность, в результате чего повышается резонанс­ ная частота и полоса подавляемых частот. Кроме того, для повышения безопасности обслуживающего персо­ нала, помехоподавляющие конденсаторы должны иметь высокую электрическую прочность изоляции. Помехо­ подавляющие конденсаторы делают бумажные, комби­ нированные и пленочные (в основном лавсановые).

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно раз­ делить на три группы: низковольтные, высоковольтные и помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них ис­ пользуется керамика, стекло, стеклоэмаль, стеклокерами­ ка и слюда. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесенного на диэлектрик путем непосредст­ венной его металлизации, или в виде тонкой фольги.

Группа низковольтных конденсаторов включает в себя низкочастотные и высокочастотные конденсаторы.

По назначению они подразделяются на три типа: тип 1 - конденсаторы, предназначенные для ис­

пользования в резонансных контурных или других це­ пях, где малые потери и высокая стабильность емкости имеют существенное значение;

тип 2 - конденсаторы, предназначенные для ис­ пользования в цепях фильтров, блокировки и развязки или других цепях, где малые потери и высокая ста­ бильность емкости не имеют существенного значения;

тип 3 - керамические конденсаторы с барьерным слоем, предназначенные для работы в тех же цепях, что и конденсаторы типа 2, но имеющие несколько меньшее значение сопротивления изоляции и больше#

Значение тангенса угла диэлектрических потерь, что ог­ раничивает область применения низкими частотами.

Обычно конденсаторы типа 1 считаются высокоча­ стотными, а типов 2 и 3 - низкочастотными. Опреде­ ленной границы по частоте между конденсаторами ти­ пов 1 и 2 не существует. Высокочастотные конденсато­ ры работают в цепях с частотой до сотен мегагерц, а некоторые типы используют в гигагерцевом диапазоне.

Слюдяные и стеклоэмалевые (стеклянные) конден­ саторы относятся к конденсаторам типа 1» стеклокера­ мические могут быть как типа 1, так и типа 2, керами­ ческие - трех типов.

Высоковольтные конденсаторы большой л малой ре­ активной мощности делаются в основном с диэлектриком из керамики и слюды. По назначению они могут 6 >гтьти­ пов 1 и 2 и так же» как низковольтные конденсаторы, они

•разделяются на высокочастотные и низкочастотные. Основным параметром для высоковольтных низкоча­

стотных конденсаторов является удельная энергия, поэ­ тому керамику для них подбирают с большой диэлектри­ ческой проницаемостью. Для высокочастотных конден­ саторов основным параметром является допустимая ре- ?гтивная мощность. Она характеризует нагрузочную способность конденсатора при наличии больших напря­ жений высокой частоты. Для увеличения реактивной мощности выбирают керамику с малыми потерями, а конструкцию и выводы конденсаторов рассчитывают на возможность прохождения больших токов.

Высоковольтные слюдяные конденсаторы делают фольговыми, так как они предназначены для работы при повышенных токовых нагрузках.

Р'члехоподас.^'ощие конденсаторы с неорганиче­ ским керамическим диэлектриком разделяются на опор­ ные и проходные. Их основное назначение — подавление индустриальных и высокочастотных помех, создаваемых промышленными и бытовыми приборами, выпрямитель­ ными устройствами и д р ., а также помех атмосферных и помех, излучаемых различными радиоэлектронными уст­ ройствами, т. е. по существу они являются фильтрами нижних частот. К этой группе, исходя из функционально­ го назначения и конструктивного исполнения, условно можно отнести керамические фильтры.

Опорные конденсаторы - это конденсаторы, одним из выводов которых является опорная металлическая пластина с резьбовым креплением.

Проходные конденсаторы делают коаксиальными — один из выводов которых представляет собой токонесу­ щий стержень, по которому протекает полный ток внешней цепи, и некоаксиальными - через выводы ко* торых протекает полный ток внешней цепи.

Проходные керамические конденсаторы имеют кон­ струкцию трубчатого или дискового типа в виде много­ слойных монолитных шайб.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком (старое на­ звание - электролитические). Они разделяются на кон­ денсаторы общего назначения, неполярные, высокоча­ стотные, импульсные, пусковые и помехоподааляющие. 8 качестве диэлектрика в них, используется оксидный слой, образуемый электрохимическим путем на аноде - металлической обкладке из некоторых металлов.

В зависимости от материала анода оксидные кон­ денсаторы подразделяют на алюминиевые, танталовые и ниобиевые.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком - низко­ вольтные, с относительно большими потерями, но в от­ личие от других типов низковольтных конденсаторов имеют несравнимо большие заряды и большие емкости (от единиц до сотен тысяч микрофарад). Они использу­ ются в фильтрах источников электропитания, цепях развязки, шунтирующих и переходных цепях полупро­ водниковых устройств на низких частотах и т. п.

Конденсаторы группы общего назначения имеют униполярную (одностороннюю) проэодимость, вследст­ вие чего их эксплуатация возможна только при положи­ тельном потенциале на аноде. Тем не менее, это наи­ более распространенные оксидные конденсаторы. Они могут быть жидкостными, объемно-пористыми и оксид­ но-полупроводниковыми.

Неполярные конденсаторы с оксидным диэлектри­

КОНДЕНСАТОРЫ 53

ком могут включаться в цепь постоянного и пульсирую­ щего тока без учета полярности, а также допускать смену полярности в процессе эксплуатации.

Неполярные конденсаторы делают оксидно-элект­ ролитические (жидкостные) алюминиевые и тантало­ вые и оксидно-полупроводниковые танталовые.

Высокочастотные конденсаторы (алюминиевые жидкостные и танталовые оксидно-полупроводниковые) широко применяются в источниках вторичного электро­ питания, в качестве накопительных и фильтрующих элементов в цепях развязок и переходных цепях полупроводниковых устройств в диапазоне частот пульсиру­ ющего тока от десятков герц до сотен килогерц. Отсю­ да следует, что понятие «высокочастотныедля оксид­ ных конденсаторов относительное. По частотным ха­ рактеристикам их нельзя сравнивать с конденсаторами на неорганической основе.

Для расширения возможностей использования ок­ сидных конденсаторов в более широком диапазоне частот необходимо снижать их полное сопротивление. Это ока­ залось возможным при появлении совершенно новых конструктивных решений - четырехвыводных конструк­ ций и плоской конструкции типа «книга», позволяющих их эксплуатацию на значительно более высоких частотах.

Импульсные конденсаторы используются в электри­ ческих целях с относительно длительным зарядом и быстрым разрядом, например в устройствах фотовспы­ шек и .др. Такие конденсаторы должны быть энергоем­ кими, иметь малое полное сопротивление и большое рабочее напряжение. Наилучшим образом этому требо­ ванию удовлетворяют оксидно-электролитические алю­ миниевые конденсаторы с напряжением до 500 В.

Пусковые конденсаторы используются в асинхрон­ ных двигателях, в которых емкость включается только на момент пуска двигателя.

Всвязи с тем что пусковые конденсаторы включа­ ются в сеть переменного тока, они должны был» непо­ лярными и иметь сравнительно большое для оксидных конденсаторов рабочее напряжение переменного тока, несколько превышающее напряжение промышленной сети. На практике используются пусковые конденсато­ ры емкостью порядка десятков и сотен микрофарад, созданные на основе алюминиевых оксидных пленок с жидким электролитом.

Вгруппу оксидных помехоподавляющих конденсато­ ров входят только проходные оксидно-полупроводнико­ вые танталозые конденсаторы. Они так же, как и про­

ходные конденсаторы других типов, выполняют роль фильтра нижних частот, но в отличие от них имеют го­ раздо большие значения емкостей, что дает возмож­ ность сдвигать частотную характеристику в область бо­ лее низких частот.

Конденсаторы с газообразным диэлектриком. П о , выполняемой функции и характеру изменения емкости' эти конденсаторы разделяются на постоянные и пере­ менные. В качестве диэлектрика в них используется воздух, сжатый газ (азот, фреон, элегаз), вакуум. Особенностью газообразных диэлектриков являются малое значение тангенса угла диэлектрических потерь (до 10’5) и высокая стабильность электрически* пара­ метров. Поэтому основной областью их применения яв­ ляется высоковольтная и высокочастотная аппаратура.

В радиоэлектронной аппаратуре из конденсаторов с газообразным диэлектриком наибольшее распростра­ нение получили вакуумные. По сравнению с воздушны­ ми они имеют значительно большие удельные емкости, меньшие потери в широком диапазоне частот, более высокую электрическую прочность и стабильность пара­ метров при изменении окружающей среды. По сравне­ нию с газонаполненными, требующими периодической подкачки газа из-за его утечки, вакуумные конденсато­ ры имеют более простую и легкую конструкцию, мень­ шие потери и лучшую температурную стабильность; они более устойчивы к вибрации, допускают более высокое значение реактивной мощности.

вакуумные конденсаторы переменной емкости об­ ладают малым значением момента вращения, а масса и габариты их значительно ниже по сравнению с воз­ душными конденсаторами. Коэффициент перекрытия

по емкости вакуумных переменных конденсаторов мо­

жет достигать 100 и более.

Вакуумные конденсаторы применяются в передаю* щих устройствах ДВ, С8 и КВ диапазонов на частотах до 3 0 -8 0 МГц в качестве контурных, блокировочных, фильтровых и разделительных конденсаторов, исполь­ зуются также в качестве накопителей в импульсных ис­ кусственных линиях формирования и различного рода мощных высоковольтных высокочастотных установках.

В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного и для навесного мон­ тажа, а также для использования в составе микромоду­ лей и микросхем или для сопряжения с ними. Выводы конденсаторов для навесного монтажа могут быть жест­ кие или мягкие, аксиальные или радиальные из прово­ локи круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов и т. п. У конденсаторов для микросхем и микро­ модулей, а также С8Ч конденсаторов в качестве выво­ дов могут использоваться части их поверхности. У большинства типов оксидных, а также проходных и опорных конденсаторов одна их обкладка соединяется с корпусом, который служит вторым выводом.

По характеру защиты от внешних воздействующих факторов конденсаторы выполняются: незащищенны­ ми, защищенными, неизолированными, изолированны­ ми, уплотненными и герметизированными.

Незащищенные конденсаторы допускают эксплуата­ цию в условиях повышенной влажности только в соста­ ве герметизированной аппаратуры. Защищенные кон­ денсаторы допускают эксплуатацию в аппаратуре любо­ го конструктивного исполнения.

Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без покрытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Напротив, изолированные конденса­ торы имеют достаточно хорошее изоляционное покрытие (компау»{ды, пластмассы и т. п .) и допускают касания корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Уплотненные конденсаторы имеют уплотненную ор­ ганическими материалами конструкцию корпуса.

Герметизированные конденсаторы имеют герметич­ ную конструкцию корпуса, который исключает возмож­ ность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляется с по­ мощью керамических и металлических корпусов или стеклянных колб.

5.1.2. СИСТЕМА УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ Условное обозначение конденсаторов может быть

сокращенным и полным.

Сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр. Первые элемент - буква или сочетание букв - обоз­ начает подкласс конденсатора: К - постоянной емкости; КТ — подстроечные; КЛ — переменной емкости. Второй эле­ мент обозначает группу конденсатора в зависимости от вида диэлектрика (табл. 5.1). Третий элемент пишется через дефис и соответствует порядковому номеру разработки. В состав второго и третьего элементов в отдельных случаях может входить также буквенное обозначение.

Комбинированный диэлектрик состоит и* определенного сочвтвме слоев риличиы! материалов.

Для старых типов конденсаторов в основу условных обозначений брались конструктивные, технологические, эксплуатационные и другие признаки (например, КД - конденсаторы дисковые, ФТ - фторопластовые телло* стойкие, КТП - конденсаторы трубчатые, проходные).

Маркировка на конденсаторах может быть буквен­ но-цифровая, содержащая сокращенное обозначение конденсатора, номинальное напряжение, емкость, до* пуск, группу ТКЕ, дату изготовления, либо цветовая.

В зависимости от размеров конденсаторов приме­ няются полные или сокращенные (кодированные) обоз* начения номинальных емкостей и их допускаемых от­ клонений. Незащищенные конденсаторы не маркиру­ ются, а их характеристики указываются на упаковке.

Полное обозначение номинальных емкостей состоит из цифрового значения номинальной емкости и обозна­ чения единицы измерения (пФ - пикофарады, мкФ - микрофарады. Ф - фарады).

кодированное обозначение номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква кода из русского или ла­ тинского алфавита обозначает множитель, составляю* щий значение емкости, и определяет положение запя­ той десятичного знака, буквы П (р), Н (n), М (мю), И ( т ) , Ф (F) обозначают множители 10*12, 10"9, \0*, Ю** иТсоответственно для значений емкости, выраженной в фарадах. Например, 2,2 пФ обозначается 2П2 (2р2), 1500 пФ - 1Н5 (1п5), 0,1 мкФ - М1 (мю1), 10 мкФ - Ю М (10 мю), 1 фарада - 1Ф0 (1F0).

Допускаемые отклонения емкости (в процентах или в пикофарадах) маркируются после номинального зна­ чения цифрами или кодом (табл. 5.2).

Цветовая кодировка применяется для маркировки номинальной емкости, допускаемого отклонения емко­ сти, номинального напряжения до 63 В (табл. 5.3) и группы ТКЕ (см. табл. 5.5, 5.6). Маркировку наносят в виде цветных точек или полосок.

5.1.3. ПАРАМЕТРЫ КОНДЕНСАТОРОВ Номинальная ем;:ость и допускаемое отклонение

емкости. Номинальная емкость (Сном) -емкость, зна­ чение которой обозначено на конденсаторе или указано в сопроводительной документации. Фактическое значе­ ние емкости может отличаться от номинальной на вели­ чину допускаемого отклонения. Номинальные значения емкости стандартизованы и выбираются из определен­ ных рядов чисел пу.ем умножения или деления их на 10", где п - целое положительное или отрицательное число. Наиболее употребляемые ряды номинальных емкостей приведены в табл. 5.4 (значения допускае­ мых отклонений емкостей см. в табл. 5.2).

1т

И

1

-

*

ре

*

#

t

Л

if

Номинальное напряжение (Uh). Это напряжение, обозначенное на конденсаторе (или указанное в доку­ ментации), при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением пара­ метров е допустимых пределах. Номинальное напряже­ ние зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряже­ ния на конденсаторе не должно превышать номинально­ го. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры (как правило, более 70...85*С) допускае­ мое напряжение снижается.

Тангенс угла потерь (tg а). Характеризует актив­ ные потери энергии е конденсаторе. Значения тангенса угла потерь у керамических высокочастотных, слюдя­ ных, полистирольных и фторопластовых конденсаторов лежат в пределах (10...15)* 10*4, поликарбонатных (15...25)-10 , керамических низкочастотных 0,035, ок­

сидных конденсаторов (5.,,35% ), полиэтилвнтерефталатных 0,01...0,012.

Величина, обратная тангенсу угла потерь,. называ­ ется добротностью конденсатора.

Сопротивление изоляции и ток утечки. Эти па­ раметры характеризуют качество диэлектрика и исполь­

КОНДЕНСАТОРЫ 5$

зуются при расчетах высокомегаомных, времязадающих и слаботочных цепей. Наиболее высокое сопро­ тивление изоляции у фторопластовых, полистирольных и полипропиленовых конденсаторов, несколько ниже у высокочастотных керамических, поликарбонатных и лавсановых конденсаторов. Самое низкое сопротивле­ ние изоляции у сегнетокерамических конденсаторов.

Для оксидных конденсаторов задают ток утечки, значения которого пропорциональны емкости и напря­ жению. Наименьший ток утечки имеют танталовые кон­ денсаторы (от единиц до десятхов микроампер), У алюминиевых конденсаторов ток утечки, как правило, на один-два порядка выше.

Температурный коэффициент емкости (ТК Е ). Это параметр, применяемый для характеристики кон­ денсаторов с линейной зависимостью емкости от тем­ пературы. Определяет относительное изменение емко­ сти (в миллионных долях) от температуры при измене­ нии ее на один градус Цельсия. Значения ТКЕ керами­ ческих конденсаторов и их кодированные обозначения приведены в табл. 5.6.

Слюдяные и лолистирольные конденсаторы имеют ТКЕ в пределах (50,..200)-10-6 1/°С, поликарбонатные +50* 10"6 1/°С. Для конденсаторов с другими видами ди­ электрика ТКЕ не нормируется.

Допускаемое изменение емкости сегнетокерамиче­ ских конденсаторов с нелинейной зависимостью ТКЕ приведено в табл. 5.5.

Т а б л и ц а 5. 5 Изменение емкости керамических

конденсаторов с иенормируемым ТК Е

В случаях, когда для обозначения группы требуется два цвета, второй цвет может быть представлен цветом корпуса.

Т а б л и ц а 5 . 6 Значения ТКЕ керамических конденсаторов и

их условны е обозначения

В случаях, когда для обозначения группы ТКЕ требуется два цВФ!«, второй цвет может быть представлен цветом корпуса.