Особенности применения конденсаторов

Конденсаторы составляют значительную долю общего количе­ства компонентов РЭС и поэтому оказывают заметное влияние на надежность собранных устройств.

При создании новых РЭС разработчик из множества выпус­каемых компонентов выбирает конкретные их типы, исходя из необ­ходимости обеспечения режимов работы компонентов в пределах установленных норм (напряжение, ток, мощность, температура и др.). Ввиду множества разновидностей конденсаторов их выбор для конкретного схемотехнического решения и условий будущей экс­плуатации не всегда однозначен.

Рекомендации по применению конденсаторов направлены, главным образом, на обеспечение таких условий работы конденсато­ров, которые позволяют ожидать высокой их эксплуатационной на­дежности. Следует отметить, что в современных РЭС доля конденса­торов составляет около 20-30%, а выход из строя устройств по при­чине отказа конденсаторов - около 3-10%. Практически все отказы обусловлены либо условиями эксплуатации, способствующими разви­тию физико-химических процессов в диэлектрике, либо дефектами, внесенными в процессе производства, и конструктивными причинами.

Большинство отказов конденсаторов (в среднем) вызвано пробоем диэлектрика (около 80%) и постепенной потерей емкости (около 15%). Это соотношение существенно зависит от типа конден­саторов.

Ионизационный пробой диэлектрика чаще всего возникает под воздействием переменного электрического поля (особенно при вы­соких амплитудах и частоте) в тех местах материала, где сосредото­чены его локальные неоднородности (поры, воздушные зазоры меж­ду диэлектриком и пластинами). На постоянном токе доминируют отказы, вызванные химической активностью дендритов¹, обладаю­щих изменчивой ионной проводимостью и переносом ионов, и элек­тронной проводимостью диэлектрика в сильных электрических по­лях. Повышение температуры и влажности окружающего воздуха интенсифицирует указанные процессы.

При небольших рабочих напряжениях (менее 10 В) проявляет­ся неустойчивость электрических контактов соединений выводов конденсаторов с обкладками (у тех типов конденсаторов, где ис­пользуется контакт давлением: пленочных, слюдяных, некоторых оксидных) и постепенно растет угол диэлектрических потерь.

Рис. 30. Резистивный усилитель, в который включены конденсаторы раз­личного функционального назначения

В табл. 8 перечислены основные области функцио­нального применения конден­саторов с различными диэлек­триками и их цифробуквенное обозначение.

На рис. 30 приведен пример резистивного каскада с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером. В этом каскаде конденсаторы использованы в качестве: раз­делительного С_р; фильтрового (развязывающего) С_ф; шунти­рующего С_ш; нагрузочного С_н.

При длительной работе на постоянном токе в материале ди­электрика действует электрическое поле, которое вместе с темпера­турой окружающей среды и ее влажностью провоцирует электрохи­мические процессы окисления, деградации, диффузии, полимериза­ции, миграции и др. Уровень влияния этих процессов на характери­стики конденсаторов зависит от особенностей конструкции, качества использованных материалов и условий эксплуатации.

Таблица 8. (Начлао) Области применения конденсаторов

Обо­значе­ние	Тип диэлектрика	Основная область применения
Конденсаторы постоянные
К10	Керамические низковольт­ные высокочастотные	Повышение стабильности работы РЧ цепей за счет осуществления термо­компенсации; обеспечение межкас­кадных емкостных связей; устройст­ва с фиксированной настройкой ко­лебательных цепей; блокирование паразитных сигналов; частотная развязка; полосовые ВЧ фильтры
	Керамические низковольт­ные низкочастотные	Обеспечение шунтирования нежела­тельных 3Ч сигналов; блокировка 3Ч цепей; фильтрация пульсирующих сигналов; сглаживание выпрямлен­ного напряжения вторичных источ­ников питания; межкаскадные связи в 3Ч усилителях
К15	Керамические высоко­вольтные высокочастотные	Межкаскадные связи РЧ мощных устройств; колебательные контуры выходных каскадов мощных пере­датчиков; цепи импульсных уст­ройств
К21	Стеклянные	В цепях блокировки, фиксированной настройки РЧ колебательных конту­ров, обеспечение емкостной связи между каскадами, цепи шунтирова­ния нежелательных сигналов
К22	Стеклокерамические
К23	Стеклоэмалевые
К31	Слюдяные малой мощности	В цепях блокировки, фиксированной настройки высокочастотных колеба­тельных контуров, обеспечение фильтрации сигналов, цепи шунти­рования нежелательных сигналов
К32	Слюдяные высокой мощ­ности
К40	Бумажные с фольговыми обкладками низковольтные	Цели блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между высокочастотными кас­ кадами
К41	Бумажные с фольговыми обкладками высоковольт­ные	Цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между высокочастотными кас­кадами
К42	Бумажные с металлизиро­ванными обкладками (ме­талл обумажные)	Цепи частотной развязки, фильтры
Обо­значе­ние	Тип диэлектрика	Основная область применения
К50	Оксидные алюминиевые	Цепи частотных и сглаживающих фильтров, цепи шунтирования, цепи формирования импульсов
К51	Оксидные танталовые

Таблица 8. (Продолжение) Области применения конденсаторов

Обо­значе­ние	Тип диэлектрика	Основная область применения
К53	Оксидно-полупроводниковые
К60	С воздушным диэлектри­ком	Конденсаторы высокочастотных ко­лебательных контуров, цепи высоко­вольтной блокировки и развязки, эталоны емкости
К61	Вакуумные
К70	Полистирол ьные с фоль­говыми и с металлизиро­ванными обкладками	Интегрирующие цепи, дифференци­рующие цепи, цепи формирования прецизионных колебаний, колеба­тельные контуры высокой добротно­сти, образцовые по точности цели
К71
К72	Фторопластовые	При повышенных температурах и высоких требованиях к электриче­ским характеристикам: интегрирую­щие цепи, дифференцирующие це­пи, цели формирования прецизион­ных колебаний, колебательные кон­туры высокой добротности, образцо­вые по точности цели
К73	Полизтиленфталатные с фольговыми и металли­зированными обкладками	При повышенных требованиях к электрическим характеристикам: цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между высокочастотными кас­кадами
К74
К75	Комбинированные	При повышенных требованиях к на­дежности: Цепи блокировки, шунти­рования, фильтрации сигналов, ем­костная связь между высокочастот­ными каскадами
К76	Лахопленочные	Цепи блокировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между низкочастотными кас­кадами; частично могут заменять оксидные конденсаторы
К77	Поликарбонатные	На повышенных частотах: цепи бло­кировки, шунтирования, фильтрации сигналов, емкостная связь между каскадами
К78	Полипропиленовые	В телевизионных и бытовых РЭС
Обо­значе­ние	Тип диэлектрика	Основная область применения
Конденсаторы подстроечные
КТ1	Вакуумные		В профессиональных и специальных РЭС
KT2	С воздушным диэлектриком		В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения
КТЗ	С газообразным диэлектриком		В профессиональных и специальных РЭС
KT4	С твердым диэлектриком		В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения

Таблица 8. (окончание)Области применения конденсаторов

Обо­значе­ние	Тип диэлектрика	Основная область применения
Конденсаторы переменной емкости
КП1	Вакуумные	В профессиональных и специальных РЭС
КП2	С воздушным диэлектри­ком	В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения
КПЗ	С газообразным диэлек­триком	В профессиональных и специальных РЭС
КП4	С твердым диэлектриком	В радиоприемных и телевизионных устройствах общего назначения
Примечание: 3Ч- звуковые частоты; РЧ - радиочастоты.

Поскольку эквивалентная схема замещения конденсатора на высокой частоте представляет собой последовательный колеба­тельный контур, следует обязательно иметь в виду, что конденсатор выполняет свои функции только на частотах ниже резонансной.

Работу конденсатора в электрической цепи может сопровож­дать эффект «мерцания» емкости (небольшое скачкообразное из­менение емкости конденсатора, имеющего металлизированные об­кладки), вызванный образованием в металлической пленке изолиро­ванных островков металла, которые, под действием приложенного электрического поля и температуры, могут электрически спонтанно подключаться к металлизации обкладки, увеличивая емкость. В мо­мент подключения образуется микродуга, являющаяся причиной по­явления дополнительных потерь и случайных шумов. Изменение емкости при этом явлении составляет десятые доли процента от номинала и растет с повышением приложенного напряжения.

Конструктивно конденсаторы выполняются в незащищенном, защищенном, неизолированном, изолированном, уплотненном и герметизированном вариантах. Незащищенные конденсаторы можно применять только в составе герметизированного узла. Защищенные конденсаторы - в РЭС любой конструкции. Неизолированные кон­денсаторы (имеющие, как правило, тонкое лакокрасочное покрытие) следует монтировать так, чтобы они не касались своим корпусом других компонентов и токоведущих частей узла. Уплотненные кон­денсаторы снабжаются корпусом в виде оболочки из органических материалов. Герметичные конденсаторы имеют металлокерамические или стеклянные корпуса.

При наличии заметных механических воздействий в период эксплуатации конденсаторы, имеющие увеличенные размеры и массу, следует устанавливать на монтажную плату с помощью крепежного устройства (скобой, хомутиком, приклеиванием, запивкой в форму), исключающего повреждения поверхности конденсатора и его выво­дов. Допускается монтаж конденсатора вплотную (без зазора) к по­верхности печатной платы, если ее толщина не менее 2,5...3 мм.

В составе гибридных интегральных схем и микросборок исполь­зуются специальные типы конденсаторов: К10-9; К10-9М; К1О17; К10-27; К10-28; К10-42; К10-43; К10-45; К10-47; К10-49; К10-50; К10-52; К21-5; К21-8; К21-9; К22У-1; К22-4; КТ4-27; К53-15; К53-15А; К53-22; К53-25; К53-26. Монтаж этих и подобных им конденсаторов про­изводится пайкой их тонких выводов или контактных поверхностей к плате печатного монтажа. Продолжительность пайки - не более 3 с, а мощность паяльника - не более 25 Вт. Перед пайкой конденсато­ры с тонкими выводами сначала приклеивают к плате, а безвывод­ные конденсаторы подогревают. Плата должна быть достаточно же­сткой и не коробиться при пайке.