Виды конденсаторов

Радиоматериалы и радиокомпоненты

[Радиоматериалы и радиокомпоненты] [210303.65 «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» 210305.65 «Средства радиоэлектронной борьбы» ] [ИИБС, кафедра Электроники] [Преподаватель Останин Борис Павлович]

Автор Останин Б.П.

Конденсаторы

Раздел 3 Конденсаторы Лекция 1

Электрофизические свойства радиоматериалов. Слайд 1. Всего 24.

Автор Останин Б.П.

Электрический конденсатор

представляет собой систему из двух электродов (обкладок), разделённых диэлектриком, и обладает способностью накапливать электрическую энергию.

На долю конденсаторов приходится примерно 25% всех элементов принципиальной схемы.

Конденсаторы. Начало. Слайд 2. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Электрические заряды

При этом на обкладках конденсатора будут электрические заряды.

Конденсаторы. Начало. Слайд 3. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Начало

Конденсаторы. Начало. Слайд 4. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Классификация конденсаторов

1. Конденсаторы общего назначения 2. Конденсаторы специального назначения

Конденсаторы общего назначения 1. Низкочастотные 2. Высокочастотные

Конденсаторы специального назначения 1. Высоковольтные 2. Помехоподавляющие 3. Импульсные 4. Дозиметрические 5. Конденсаторы с электрически управляемой ёмкостью (варикапы, вариконды) и др.

Конденсаторы. Начало. Слайд 5. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Слайд

По назначению 1. Контурные 2. Разделительные 3. Блокировочные 4. Фильтровые.

По характеру изменения ёмкости 1. Постоянные 2. Переменные 3. Подстроечные 22.. 33..

Конденсаторы. Начало. Слайд 6. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

По материалу диэлектрика

1. С твёрдым диэлектриком 2. С газообразным диэлектриком 3. С жидким диэлектриком.

По способу крепления 1. Для навесного и печатного монтажа 2. Для микромодулей и микросхем

Конденсаторы. Начало. Слайд 7. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Конструкция конденсаторов

1. Пакетная 2. Трубчатая 3. Дисковая 4. Литая секционная 5. Рулонная 6. Конденсаторы гибридных ИМС 7. Подстроечные 8. КПЕ

Конденсаторы. Начало. Слайд 8. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Серебряные обкладки

Пакетная. Применяется в слюдяных,стеклоэмалевых, стеклокерамических и др. видах конденсаторов. Количество пластин до 100 штук.

Трубчатая. Высокочастотные. Керамическая трубка. Толщина стенок 0,25 мм. На внутреннюю и внешнюю поверхность нанесены серебряные обкладки. Выводы и т.д.

Конденсаторы. Начало. Слайд 9. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Ёмкость трубчатых конденсаторов

L - длина перекрывающейся части обкладок, см; D1 - наружный диаметр трубки; D2 - внутренний диаметр трубки.

Конденсаторы. Начало. Слайд 10. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Трубчатая конструкция

Фото 1.

Трубчатая конструкция

Находится на «Конденсаторы фото»

Конденсаторы. Начало. Слайд 11. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Конструкция

Фото 2.

Трубчатая конструкция

Находится на «Конденсаторы фото»

Конденсаторы. Начало. Слайд 12. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Дисковая конструкция

Фото 3.

Находится на «Конденсаторы фото»

Дисковая конструкция. Высокочастотные керамические конденсаторы. На керамический диск с двух сторон наносятся серебряные обкладки. К ним присоединяются выводы.

Конденсаторы. Начало. Слайд 13. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Секционная конструкция

Литая секционная конструкция. Изготовляют путём литья горячей керамики. Толщина стенок около 100 мкм. Толщина прорезей между стенками 130…150 мкм. Потом заготовку окунают в серебряную пасту. После чего осуществляется вжигание серебра в керамику. В конденсаторах для гибридных ИМС гибкие выводы отсутствуют. Они присоединяются с помощью контактола.

Конденсаторы. Начало. Слайд 14. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Фото 4

Литая секционная конструкция

Находится на «Конденсаторы фото»

Конденсаторы. Начало. Слайд 15. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Рулонная конструкция

Применяется в бумажных плёночных низкочастотных конденсаторах, обладающих большой ёмкостью. У бумажных конденсаторов толщина бумажной ленты 5…6 мкм. Толщина металлической фольги 10..20 мкм. В металлобумажных конденсаторах вместо фольги применяют тонкую металлическую плёнку (толщина менее 1 мкм), нанесённую на бумажную ленту.

b - ширина ленты, l - длина ленты d -толщина бумаги. Ёмкость бумажных конденсаторов достигает 10 мкФ, металлобумажных - 30 мкФ.

Конденсаторы. Начало. Слайд 16. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Фото 5

Рулонная конструкция

Находится на «Конденсаторы фото»

Конденсаторы. Начало. Слайд 17. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Конденсаторы гибридных ИМС

Это трёхслойная структура. На диэлектрическую подложку наносят металлическую плёнку, затем диэлектрическую плёнку и снова металлическую плёнку. Получается бутерброд, в середине которого металлическая плёнка.

В качестве конденсаторов полупроводниковых ИМС используют один из электроннодырочных переходов транзистора или МДП структуру, в которой роль одной обкладки выполняет полупроводниковая подложка, роль диэлектрика слой оксида кремния (SiO2), роль другой обкладки – металлическая плёнка.

Конденсаторы. Начало. Слайд 18. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Подстроечные конденсаторы

После регулировки их ёмкость должна сохраняться постоянной и не должна изменяться под воздействием ударов и вибраций. Они могут быть с воздушным или твёрдым диэлектриком. Минимальная ёмкость (плёнки не перекрыты) несколько пикофарад, а максимальная (плёнки перекрыты) несколько десятков пФ.

Конденсаторы. Начало. Слайд 19. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

ФОТО5 и ФОТО 6

Подстроечные конденсаторы

Находится на «Конденсаторы фото»

Два фото (кпк и с воздушным диэлектриком)

Конденсаторы. Начало. Слайд 20. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Фото 7

Кпе

Кпе

Находится на «Конденсаторы фото»

Конденсаторы. Начало. Слайд 21. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Параметры конденсаторов

Основные 1. Номинальная ёмкость 2. Рабочее напряжение

Кроме того, конденсаторы характеризуются рядом паразитных параметров.

Конденсаторы. Начало. Слайд 22. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Ёмкость конденсатора

– электрическая ёмкость между электродами конденсатора (ГОСТ 19880 – 74), определяемая отношением, накапливаемого в нём заряду к приложенному напряжению. Ёмкость конденсатора зависит от материала диэлектрика, формы и взаимного расположения электродов. Удельная ёмкость – отношение ёмкости к массе (или объёму) конденсатора.

Конденсаторы. Начало. Слайд 23. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Номинальная ёмкость конденсатора

СНОМ - емкость, которую должен иметь конденсатор в соответствие с нормативной документацией (ГОСТ или ТУ).

Номинальные значения ёмкости СНОМ высокочастотных конденсаторов так же как и номинальные значения сопротивлений, стандартизованы и определяются рядами Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192. Смотри таблицу номинальных значений сопротивления резисторов.

Конденсаторы. Начало. Слайд 24. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Номинальные значения ёмкости

СНОМ электролитических конденсаторов определяются рядом: 0,5;1; 2; 5; 10; 20; 30; 50; 100; 200; 300; 500; 1000; 2000; 5000 мкФ.

Номинальные значения ёмкости СНОМ бумажных плёночных конденсаторов 0,05; 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8;.20; 40; 60; 80; 100; 400; 600; 800; 1000 мкФ.

Конденсаторы. Начало. Слайд 25. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Допустимое отклонение от номинала

?С характеризует точность значения ёмкости и определяется классом точности.

Конденсаторы широкого применения имеют класс точности I, II или III и соответствуют рядам Е6, Е12, Е24. Блокировочные и разделительные конденсаторы обычно соответствую классам II и III. Контурные конденсаторы обычно соответствуют классам 1, 0, или 00. Фильтровые конденсаторы обычно соответствуют классам IV, V, VI.

Конденсаторы. Начало. Слайд 26. Всего 42.

Класс

0,01

0.02

0,05

0

00

I

II

III

IV

V

VI

Допуск %

? 0,1

? 0,2

? 0,5

? 1

? 2

? 5

? 10

? 20

- 10 +20

-20 +30

-20 +50

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Номинальное рабочее напряжение конденсатора

– максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать в течение минимальной наработки, в условиях, указанных в технической документации (ГОСТ 21415 – 75). Значения номинальных напряжений установлены ГОСТ 9665 – 77. Все конденсаторы в процессе изготовления подвергают воздействию испытательного напряжения в течение 2…5 секунд.

Конденсаторы. Начало. Слайд 27. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора

– электрическое сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением.

U - напряжение, приложенное к конденсатору; IУТ - ток утечки (проводимости).

Конденсаторы. Начало. Слайд 28. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Сопротивление изоляции

всех видов конденсаторов, кроме электролитических и полупроводниковых, очень велико и составляет МОм, ГОм и даже ТОм. Это со противление измеряют в нормальных климатических условиях (температура 25 ? 10 ?С, относительная влажность 45…75 %, атмосферное давление 86…106 кПа).

С повышением температуры сопротивление изоляции уменьшается.

Конденсаторы. Начало. Слайд 29. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Частотные свойства

При изменении частоты изменяется диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Увеличивается степень влияния паразитных параметров (собственной индуктивности и сопротивления потерь). На высоких частотах любой конденсатор можно рассматривать как последовательный колебательный контур, образуемый ёмкостью, собственной индуктивностью LC и сопротивлением потерь RП. Резонанс наступает на частоте

Конденсаторы. Начало. Слайд 30. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Катушка индуктивности

При f > fP конденсатор ведёт себя как катушка индуктивности. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора в 2…3 раза ниже резонансной.

Характер частотной зависимости действующей ёмкости СД в диапазоне частот от нуля до fР обусловливается соотношением C, LC, RП. В большинстве случаев СД уменьшается с ростом частоты во всём указанном диапазоне частот. Вблизи резонансной частоты она всегда уменьшается и стремится к нулю.

Конденсаторы. Начало. Слайд 31. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Допустимая амплитуда переменного напряжения

на конденсаторе Um ДОП – амплитуда переменного напряжения, при которой потери энергии в конденсаторе не превышают допустимых. Значения Um ДОП приводятся в справочниках или определяются по формуле.

QР ДОП - допустимая реактивная мощность конденсатора, В?А f - частота напряжения на конденсаторе, Гц C - ёмкость конденсатора, Ф

Конденсаторы. Начало. Слайд 32. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Зависимость напряжения

Превышение Um ДОП может вызвать тепловой пробой диэлектрика.

Ниже представлена зависимость напряжения Um ДОП от частоты, построенная для фиксированных значений температуры и допустимой мощности потерь РА = РА ДОП. Граничная частота определяется допустимым снижением действующей ёмкости.

Конденсаторы. Начало. Слайд 33. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Слайд 34

Конденсаторы. Начало. Слайд 34. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Стабильность параметров конденсаторов

Электрические свойства и срок службы конденсатора зависят от условий эксплуатации.

Воздействия 1. тепла 2. влажности 3. радиации 4. вибраций 5. ударов 6. др.

Конденсаторы. Начало. Слайд 35. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Температура

Наибольшее влияние оказывает температура. Влияние температуры проявляется в изменении 1. ёмкости конденсатора 2. добротности конденсатора 3. электрической прочности конденсатора.

Влияние температуры оценивают ТКЕ

Изменение ёмкости обусловлено изменением диэлектрической проницаемости (в основном), а также линейных размеров обкладок и диэлектрика конденсатора

Конденсаторы. Начало. Слайд 36. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Срок службы конденсатора

С повышением температуры уменьшается электрическая прочность и срок службы конденсатора.

У высокочастотных конденсаторов величина ТКЕ не зависит от температуры и указывается на корпусе путём окрашивания корпуса в определённый цвет и нанесения цветной метки.

У низкочастотных конденсаторов температурная зависимость ёмкости носит нелинейный характер. Температурную стабильность этих конденсаторов оценивают величиной предельного отклонения ёмкости при крайних значениях температуры.

Конденсаторы. Начало. Слайд 37. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Низкочастотные конденсаторы

разделены на три группы по величине температурной нестабильности: 1. Н20 ? 20 % 2. Н30 ? 30 % 3. Н90 + 50 - 90 %.

Конденсаторы. Начало. Слайд 38. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Понижение атмосферного давления

приводит к уменьшению электрической прочности, изменениям ёмкости вследствие деформации элементов конструкции конденсатора. Возможны нарушения герметичности конденсатора.

При поглощении влаги диэлектриком конденсатора увеличивается ёмкость и резко уменьшается сопротивление изоляции. В результате возрастают потери энергии, особенно при повышенных температурах, и уменьшается электрическая прочность (повышается вероятность пробоя).

Конденсаторы. Начало. Слайд 39. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Ёмкость

При длительном хранении конденсаторов изменяется их ёмкость. Стабильность конденсаторов во времени характеризуется коэффициентом старения.

Конденсаторы. Начало. Слайд 40. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Потери энергии

в конденсаторах обусловлены электропроводностью и поляризацией диэлектрика. Их характеризуют тангенсом угла диэлектрических потерь tg?. 1. Конденсаторы с керамическим диэлектриком имеют tg? ? 10-4 2. Конденсаторы со слюдяным диэлектриком имеют tg? ? 10-4 3. Конденсаторы с бумажным диэлектриком имеют tg? = 0,01…0,02 4. Конденсаторы с оксидным диэлектриком имеют tg? = 0,1…1,0.

Конденсаторы. Начало. Слайд 41. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда

Контрольные вопросы

1. Поясните устройство конденсатора. 2. Запишите формулу простейшего воздушного конденсатора. 3. Укажите классификацию конденсатор. 4. Укажите виды конструкций конденсаторов. 5. Укажите основные параметры конденсаторов. 6. Поясните, что называют ёмкостью конденсатора. 7. Укажите, какие факторы влияют на частотные свойства конденсаторов. 8. Укажите, от каких условий эксплуатации зависят свойства и срок службы конденсаторов.

Конденсаторы. Начало. Слайд 42. Всего 42.

Автор Останин Б.П.

Конец слайда