Когда отрицательная часть источника подключается к положительному конденсатору, а положительная часть источника подключается к отрицательной части конденсатора, электролит немедленно начинает кипеть. Это происходит в результате обратной химической реакции. Конденсатор может взорваться.
Какие существуют типы конденсаторов
В предыдущей статье объясняется, что такое конденсатор, и описываются различные типы конденсаторов. Важным фактором, отличающим различные типы конденсаторов, является диэлектрик, используемый в их конструкции. Наиболее распространенными типами конденсаторов являются керамические, электролитические (включая алюминиевые, тундовые и ниобиевые) конденсаторы, пленочные, бумажные и мраморные конденсаторы.
Каждый тип конденсатора имеет свои преимущества и недостатки. Функции и применение конденсаторов могут отличаться. Поэтому при выборе конденсатора следует учитывать следующие важные факторы.
- Размер : важны как физический размер, так и размер (значение) емкости.
- Рабочее напряжение : это важная характеристика конденсатора. Оно определяет максимальное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору.
- Ток утечки : через диэлектрик будет протекать небольшой ток, поскольку они не являются идеальными изоляторами. Это называется током утечки.
- Эквивалентное последовательное сопротивление : выводы конденсатора имеют небольшое сопротивление (обычно менее 0,1 Ом). Это сопротивление становится проблемой, когда конденсатор используется на высоких частотах.
Эти факторы определяют, как и можно ли использовать тот или иной тип конденсатора. Например, электролитические конденсаторы имеют более высокое номинальное напряжение, чем керамические конденсаторы аналогичной емкости. Именно поэтому они широко используются в силовых цепях. Аналогично, некоторые конденсаторы имеют очень низкий ток утечки, а другие — очень высокий. В зависимости от области применения необходимо выбрать подходящий конденсатор.
Диэлектрики в конденсаторах
Фиксированные конденсаторы являются наиболее распространенным типом конденсаторов. Трудно найти электронную схему без конденсаторов. Большинство конденсаторов названы в честь диэлектрика, использованного в конструкции. Ниже перечислены распространенные диэлектрики, используемые при разработке конденсаторов.
- Керамические
- Бумажные
- Пленочные
- Слюдяные
- Стеклянные
- Алюмооксидные
- Танталовые
- Ниобиевые
Последние три используются в электролитических конденсаторах. Несмотря на использование различных типов диэлектриков в конструкции конденсаторов, принцип работы конденсатора остается неизменным: хранение энергии в виде заряда между параллельными пластинами.
Конденсаторы переменной емкости
Как и резисторы, конденсаторы бывают непрерывно переменного типа. Переменные конденсаторы — это конденсаторы, емкость которых может быть изменена механически или электронным способом. Такие конденсаторы широко используются в резонансных контурах (LC-контурах) для радио и адаптации сложных антенных резисторов. Эти конденсаторы обычно называются настроечными конденсаторами.
Существует еще один тип переменного конденсатора, называемый конденсатором-координатором. Они крепятся к печатной плате и используются для калибровки оборудования. Это неспециализированные, неспециализированные конденсаторы. Обычно они недоступны для обычного использования клиентами. Емкость переменных конденсаторов очень мала, обычно порядка нескольких пф (обычно менее 500 пф).
Механические переменные конденсаторы состоят из набора полукруглых металлических пластин, установленных на валу бегунка. Бегунок располагается между металлическими пластинами статора. Общая емкость (c) этого типа конденсатора определяется в зависимости от положения подвижной металлической пластины относительно неподвижной металлической пластины. При вращении вала площадь покрытия между пластинами статора и пластинами бегунка изменяется, что приводит к изменению емкости.
Если два набора металлических пластин полностью соединены друг с другом, значение емкости обычно имеет максимальное значение. Высоковольтные конденсаторы имеют большие воздушные зазоры или промежутки между пластинами, где порядок киловольт имеет тенденцию быть относительно большим.
В машинных переменных конденсаторах в качестве диэлектрика обычно используется воздух или пластиковые листы. Сегодня использование вакуумных переменников растет, поскольку они предлагают лучший диапазон рабочих напряжений и улучшенную способность переноса энергии. Емкость механически регулируемых конденсаторов может быть изменена с помощью винтов на конденсаторе.
Для переменных конденсаторов с электронным управлением используются повторные поляризационные проходы. Здесь толщина эмиссионного слоя изменяется в зависимости от приложенного напряжения непрерывного тока. Такие диоды называются диодами переменной емкости или просто базальными или неисправными.
Конденсаторы в цепи переменного тока перезаряжаются с частотой, равной частоте питающего напряжения. В результате непрерывной зарядки и разрядки происходит утечка тока из элемента. Более высокая частота означает, что устройство заряжается быстрее.
Конденсаторы алюминиевые электролитические
Это, например, конденсаторы K50-35 или K50-2 или другие более новые типы. Они состоят из двух тонких алюминиевых полосок, свернутых в рулон, в котором в качестве диэлектрика находится бумага, смоченная в электролите. Цилиндр находится в герметичном алюминиевом цилиндре для предотвращения высыхания электролита. На одном конце конденсатора (радиальный тип корпуса) или на обоих концах конденсатора (осевой тип корпуса) расположены контактные клеммы. Клеммы могут быть приварены или прикручены.
В электролитических конденсаторах емкость измеряется в микрофарадах и составляет от 0,1 мкф до 100 000 мкф. В целом, конденсаторы этого типа характеризуются высокой емкостью. Другим важным параметром является максимальное рабочее напряжение. Этот показатель всегда указывается на корпусе и может достигать 500 вольт с конденсатором этого типа.
Этот тип конденсатора имеет три недостатка: 1. Полярность. Полярные конденсаторы недопустимы в режиме переменного тока. Конденсатор обозначен на раме соответствующим значком. Как правило, конденсаторы с выводами имеют клемму минус на каркасе и клемму плюс на выводах. 2. высокий ток утечки. Конечно, эти конденсаторы не подходят для длительного хранения энергии заряда, но в фильтрах активных цепей и стартерах двигателей они оказались очень полезными в качестве промежуточных элементов. 3.Увеличение частоты снижает мощность. Этот недостаток может быть легко устранен параллельным использованием керамических конденсаторов с очень низкой емкостью.
Керамические однослойные конденсаторы
Это конденсаторы K10-7V, K10-19 и KD-2. Максимальное напряжение конденсаторов этого типа колеблется от 15 до 50 вольт, а емкость от 1 пф до 0,47 мкф — относительно небольшая технология. Этот тип характеризуется низким током утечки и низким самовоспроизведением, что позволяет легко работать на высоких частотах, при постоянных токах, переменных токах и импульсных токах. Тангенс угла потерь TGD обычно не превышает 0,05, а максимальный ток утечки не превышает 3. Приемлемыми внешними факторами для данного типа конденсаторов являются ускорения до 40 g, повторяющиеся механические удары и линейные нагрузки, такие как вибрации с частотой до 5000 Гц.
Маркировка на корпусе конденсатора указывает на номинальную мощность. Эти три цифры расшифровываются следующим образом. Умножение первых двух цифр на 10 до силы третьей цифры дает емкость конденсатора в пф. Например, емкость конденсатора с маркировкой 101 составляет 100 пф, а с маркировкой 472 — 4,7 нф. Для удобства составлена таблица, содержащая наиболее распространенные конденсаторы емкости и их маркировочные коды. Чаще всего они используются в качестве фильтров в блоках питания или для поглощения импульсов или высокочастотных помех.
Керамические многослойные конденсаторы
Например, К10-17А или К10-17В. в отличие от вышеуказанных, они уже имеют большую емкость, чем однослойные, так как состоят из нескольких слоев металлических пластин и одного диэлектрика в виде керамики, который может быть порядка нескольких микрофарад, но это максимальное напряжение уже ограничено 50 вольтами. Они в основном используются в качестве фильтрующих элементов и правильно работают с постоянным, переменным и импульсным током.
Пленочные конденсаторы являются наиболее часто используемым типом конденсаторов среди всех других типов и имеют различные диэлектрические свойства. Пленочные конденсаторы используют в качестве диэлектрика изолирующую пластиковую пленку и являются неполяризованными конденсаторами.
Конструкция и принцип работы
Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком. Пространство между пластинами действует как диэлектрик. Модель такого устройства показана на рисунке 2.
Рис. 2. Модель простого конденсаторного устройства
Когда к конструкции прикладывается постоянное напряжение, происходит короткое замыкание. Каждая металлическая пластина накапливает нагрузку, полярность которой соответствует полярности приложенного тока. По мере роста нагрузки ток ослабевает, и в какой-то момент цепь прерывается. В нашем случае это происходит очень быстро.
При подключении нагрузки накопленная энергия проходит через тензодатчик в обратном направлении. В результате ток в цепи мгновенно увеличивается. Количество хранимого груза (емкость, C) напрямую зависит от размера пластины.
Единица измерения емкости называется фарад (F). Поскольку один Ф — это очень большая единица, на практике используются кратные значения этой величины. Микрофарады (1 мкФ = 10 -6 Ф), нанофарады (1 нФ = 10 -9 Ф = 10 -3 мкФ), пикофарады (1 штФ) ) = 10 -12 Ф = 10 -6 мкФ). Очень редко используются значения в миллифарадах (1 мФ = 10 -3 Ф).
Современные конструкции конденсаторов отличаются от рассматриваемой нами модели. Для увеличения емкости вместо фольги используются обкладки из фольги, ниобия или тантала, разделенные диэлектриком. Эти ламинированные полосы плотно наматываются вокруг цилиндра и помещаются в цилиндрический корпус. Принцип работы такой же, как и выше.
Существуют также плоские конденсаторы, конструктивно состоящие из нескольких тонких обкладок, запрессованных между слоями диэлектрика в форме параллельных шестигранников. Такие модели можно представить себе как стопку пластин, образующих несколько пар вставок, соединенных параллельно.
Используются следующие диэлектрики.
- бумагу;
- полипропилен;
- тефлон;
- стекло;
- полистирол;
- органические синтетические плёнки;
- эмаль;
- титанит бария;
- керамику и различные оксидные материалы.
В другую группу входят изделия, в которых одна из катушек изготовлена из металла, а другая — из электролита. Это класс электролитических конденсаторов (пример на рис. 3 ниже). Он отличается от других типов изделий высокой удельной емкостью. Оксидно-полупроводниковая модель имеет аналогичные характеристики. Второй анод представляет собой полупроводниковый слой, нанесенный поверх оксидного изоляционного слоя.
Рисунок 3.Конструкция радиального электролитического конденсатора
Электролитические модели и большинство полупроводниковых оксидных конденсаторов имеют однополярную проводимость. Они могут функционировать только при положительном потенциале на подъеме и номинальном тренде. Поэтому необходимо строго соблюдать полярность подключения вышеупомянутых беспроводных компонентов.
Свойства
Из описания ясно, что в случае постоянного тока конденсатор является непреодолимым препятствием, за исключением случая пробоя диэлектрика. В этих электрических цепях радиоэлементы используются для хранения и накопления электричества на электродах. Изменения напряжения могут происходить только при изменении параметров тока в цепи. Эти изменения могут быть прочитаны и отреагированы другими компонентами схемы.
В цепи синусоидального тока конденсатор действует как катушка индуктивности. Он пропускает переменный ток, но блокирует постоянный компонент, действуя, таким образом, как отличный фильтр. Такие радиоэлементы используются в цепях обратной связи и колебаний.
Еще одно свойство — переменная емкость может использоваться для сдвига фаз. Существует специальный тип пускового конденсатора (рис. 5), используемый для запуска трехфазных электродвигателей в однофазных системах.
Рис. 5. кабельный пусковой конденсатор
Основные параметры и характеристики
Наиболее важным параметром конденсатора является его номинальная емкость. Для уровня конденсатора применяется следующее уравнение
C = (ε*ε 0 * SD,.
где ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрика, S — размер вставки (поверхности пластины) и d — расстояние между пластинами (вставкой).
Фактическая емкость отдельных элементов обычно мала, но если огромное количество электродов соединено параллельно, можно реализовать структуры с емкостью в несколько фарад. В этом случае фактическая емкость равна сумме всех емкостей на клеммах.
Максимальная емкость некоторых конденсаторов может достигать нескольких фарад.
Специальная емкость.
Мера отношения емкости к объему или массе беспроводного компонента. Важно для микроэлектроники, где размеры очень важны.
Номинальная тенденция.
Одной из наиболее важных электрических характеристик является номинальное напряжение. Это максимальное напряжение, при котором конденсатор может работать без потери других характеристик. Пробой происходит при превышении критического значения, равного напряжению пробоя. Поэтому номинальное напряжение сознательно выбирается таким, чтобы оно было больше максимально возможной амплитуды синусоидального тока в цепи конденсатора.
Характеристики включают коэффициент потерь, температурный коэффициент емкости, сопротивление утечки и диэлектрическое поглощение. Они представляют интерес только для узкого специалиста, а их параметры можно узнать из специальных справочников.
В настоящее время промышленность выпускает на рынок различные типы конденсаторов (рис. 1). Параметры изделий варьируются в широких пределах, а радиопринадлежности можно легко подобрать для конкретных целей.
Конденсаторы общего и специального назначения
Универсальные конденсаторы без особых требований используются в большинстве приборов и устройств. Наиболее ярким примером является низковольтный конденсатор.
Конденсаторы специального назначения используются для специальных применений или специфических функций. К ним относятся высоковольтные конденсаторы (в высоковольтных системах), загрузочные конденсаторы (на устройствах, которые активируют/отключают устройства, такие как пульты дистанционного управления, запуск двигателей и т.д.), импульсные конденсаторы (для быстрого накопления большого количества энергии и энергии), помехи подавители (например, на телевизионном и спутниковом оборудовании).
Конденсаторы по форме обкладок
Плоские конденсаторы. Простейший тип конденсатора, где катушки представляют собой плоские параллельные пластины, разделенные плоским диэлектрическим слоем.
Сферический конденсатор. Состоит из двух металлических оболочек концентрических сфер, разделенных сферическим диэлектрическим слоем.
Цилиндрический конденсатор. Макет, состоящий из двух цилиндрических оболочек с общей осью, разделенных также цилиндрическим диэлектрическим слоем.
Конденсаторы по способу монтажа
Конденсатор разделен на две части: одна для поверхностного монтажа, другая для монтажа в печатные платы (конденсатор SDM). Первый имеет различные кабели (например, ленточный, винтовой, радиальный) для подключения к другим электрическим компонентам или печатным платам. Последняя имеет часть собственной поверхности в качестве фары.
Конденсаторы с винтовыми выводами (т.е. с винтовыми клеммами) в основном используются в источниках питания и требуют надежного соединения с силовым кабелем.
Современные кнопочные штыри позволяют легко и эффективно разместить конденсатор на плате и завершить процесс сварки.
