Конденсаторы представляют собой электронные компоненты, используемые для хранения электрического заряда. Конденсаторы могут иметь различную форму, но всегда похожи друг на друга внутри.

Конденсатор, как правило, состоит из двух электропроводящих пластин (электродов), которые изолированы друг от друга диэлектриком.
Величина (емкость) накопленного заряда определяется поверхностью электродов и расстояния между ними. Большая площадь и меньшее расстояние обеспечивает более высокую емкость.

Для расчета емкости мы используем следующее соотношение:

С = e х A / d

• C = емкость в фарадах
• A = площадь в м2
• d = расстояние между электродами
• е = диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Единицей измерения емкости является фарад. Один фарад — это такая емкость, при которой заряд в 1 кулон создает напряжение между обкладками в 1 вольт.

Обозначение конденсатора на схемах:

Для того, чтобы лучше понять взаимосвязь между параметрами конденсатора, рассмотрим следующую упрощенную эквивалентную схему:

• Rs — последовательное сопротивление выводов и электродов, электролита, а также потери в диэлектрике.
• Ls — индуктивность выводов и электрод.
• C – емкость.
• Rр — сопротивление изоляции в диэлектрике.

Виды конденсаторов

Постоянные конденсаторы

Бумажные конденсаторы (KLMP, KSMP) в большинстве заменены пластиковыми. Несмотря на высокую диэлектрическую проницаемость бумажных конденсаторов они крупнее и дороже, чем пластиковые.

Преимущества бумажных конденсаторов — устойчивость к импульсному напряжению, низкое содержание углерода (приблизительно 3%, для сравнения у пластиковых 40…70%) приводит к хорошему самовосстановлению и небольшой риск возгорания. В настоящее время бумажные конденсаторы используются исключительно для подавления помех.

Конденсаторы полистирольные и полиэфирные (KSF, MKSE, MKSF, MKSP) конденсаторы изготавливаются из металлизированной полиэфирной пленки.

Слюдяные конденсаторы (КСО) многослойные, построены так же, как и керамические конденсаторы, электрод может быть выполнен из серебра. Слюда является минералом, добываемым в шахтах Индии, где его качество особенно высоко.

Этот материал очень твердый и прочный, отличается тем, что он разделяется на тонкие пластины, которые могут быть оснащены электродами.
Электрические свойства, например, сопротивление изоляции, потери и стабильность вполне сопоставимы с лучшими искусственными диэлектриками и керамикой.

Слюдяные конденсаторы, тем не менее, являются относительно крупными и дорогими, в результате чего в значительной степени подлежат замене полипропиленовыми конденсаторами. Слюдяные конденсаторы часто используется в высокочастотных схемах, которые требуют не только низкие потери, но и высокую стабильность частоты и температуры. Они изготавливаются емкостью от 1 пФ и до 0,1 мкФ.

Керамические конденсаторы (KCP, КФП, КЧР, KFR) производятся из одной или нескольких керамических пластин с нанесением металлического напыления (электроды). Керамический конденсатор с одним слоем диэлектрика называется «однослойным». Когда конденсатор состоит из нескольких слоев диэлектрика, его называют многослойный. Керамические конденсаторы изготавливаются емкостью от 0,5 пФ и до нескольких сотен микрофарад. Конденсаторы емкостью больше чем 10 мкФ достаточно редки из-за высокой цены.

Электролитические конденсаторы (KEN, KEO, SME, T, UL, KERMS) имеют алюминиевые или танталовые электроды. Поверхность анода (положительный полюс) покрыт очень тонким слоем оксида, который действует в качестве диэлектрика. Для того чтобы уменьшить расстояние между оксидным слоем и катодом (отрицательный полюс) используют электролит с низким сопротивлением.

Алюминиевые влажные электролитические конденсаторы . Они содержат электролит, состоящий из борной кислоты, этиленгликоля, соли и растворителя. Электроды вытравливаются в кислотной ванне, чтобы получить пористую поверхность. Таким образом, поверхность возрастает до 300 раз.

Танталовые конденсаторы . Они имеют в качестве диэлектрика оксид тантала с превосходными электрическими свойствами. Анод конденсатора выполнен путем спеканием порошка тантала. Около 50% объема состоит из пор, в результате чего внутренняя поверхность в 100 раз больше, чем внешняя.

После нанесения покрытия на слой оксида тантала, образующегося в кислотной ванне, конденсатор погружают в раствор диоксида марганца, заполняющий все поры. Контакт с катодом, который состоит из электропроводной серебряной краски, получается путем покрытия слоем углерода в виде графита.

Переменные конденсаторы

Эти конденсаторы имеют переменную емкость с воздушным диэлектриком (AM, FM) или керамические оборотные конденсаторы.
Воздушный конденсатор выполнен из двух параллельных сборок пластин (ротора и статора), которые изменяют свое положение из-за чего меняется и емкость такого конденсатора.

Параметры конденсаторов

• Номинальная емкость — значение емкости. Фактическая емкость на практике равна номинальной емкости с учетом допусков связанных с изменением диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие изменения окружающей температуры. Значения допусков зависят от типа диэлектрика.
• Номинальное напряжение — максимально допустимое напряжение, которое может быть на конденсаторе. Это напряжение, как правило, является суммой постоянного напряжения и пикового значения переменного напряжения.
• Сопротивление изоляции конденсатора — это электрическое сопротивление конденсатора постоянному току определенного напряжения. Оно характеризует качество диэлектрика и качество его изготовления.

Бумажные конденсаторы являются наиболее распространённой разновидностью конденсаторов постоянной ёмкости, содержат одну или несколько секций из двух металлических лент (как правило, из алюминиевой фольги), служащих обкладками. Последние разделены двумя или более лентами конденсаторной бумаги, являющейся диэлектриком. Секции помещают в цилиндрический или прямоугольный корпус. В корпусе вмонтированы элементы герметизации (проходные стеклянные или керамические изоляторы, резиновые шайбы или детали из эпоксидных композиций), через которые проходят внешние проволочные или лепестковые токоотводы.

Бумажные конденсаторы преимущественно применяют в цепях постоянного тока. В последнее время их начали применять в импульсных режимах при ограниченной частоте следования импульсов, при небольших напряжениях, когда мощность потерь невелика и при повышенных частотах (до 1 мгц).

По конструкции различают бумажные конденсаторы цилиндрической (БМ, БМТ, КБГ-М, КБГ-И, К40П-1, К40П-2, К40У-9 и др.) и прямоугольной (КБГ-МП, КБГ-МН, БГТ, К40У-9 и др.) формы. Они характеризуются широким интервалом ёмкостей (от тысячных долей до десятков микрафарад), номинальных напряжений и диапазоном рабочих температур (от -60 до +125). В зависимости от номинального напряжения их подразделяют на низковольтные (К40) - до 1600 В и высоковольтные (К41) - от 1600 и выше.

Бумажные конденсаторы применяют в схемах, рассчитанных на длительную работу при заданном напряжении, допускающих невысокую точность и стабильность ёмкости. Кроме того, их можно использовать в качестве блокировочных, развязывающих, разделительных и фильтрующих элементов в цепях с постоянным и переменным напряжением и в импульсных режимах.

Конденсатор КБГ - Конденсатор Бумажный Герметизированный. Конденсаторы КБГ изготовляют в нескольких конструктивных вариантах (рисунок 1): КБГ-И - Конденсатор Бумажный Герметизированный в цилиндрическом керамическом корпусе. КБГ-М - Конденсатор Бумажный Герметизированный в Металлическом цилиндрическом корпусе. Он имеет разновидности КБГ-М1 и КБГ-М2 (конденсатор КБГ-М2 в качестве переходного применять не следует, так как у него одна из обкладок соединена с корпусом). КБГ-МП - Конденсатор Бумажный Герметизированный в Металлическом Прямоугольном корпусе плоский со стеклянными или керамическими изоляторами. Изготавливают с двумя и тремя выводами. В зависимости от расположения выводов конденсаторы КБГ-МП разделены на три варианта: В - с выводами сверху, Б - сбоку, Н - снизу.

Конденсаторы КБГ-МП выпускают также сдвоенными блоками в одном корпусе с теми же вариантами крепления и расположения выводов. Кроме того, их выпускают следующих конструкций: с одним и двумя изолированными выводами на корпус; с тремя изолированными выводами и выводом на корпус, выводы могут быть расположены сверху, сбоку и снизу корпуса.

КБГ-МП - Конденсатор Бумажный Герметический в Металлическом прямоугольном корпусе Нормальный со стеклянными или керамическими изоляторами, выпускают в нескольких вариантах с различными способами крепления корпуса и расположения выводов.

Для работы при повышенной температуре выпускают конденсаторы БГТ - Бумажные Герметизированные Термостойкие в корпусах двух размеров, а также в виде сдвоенных блоков в одном корпусе с общим выводом, соединенным с корпусом.

Наряду с герметизированными бумажными конденсаторами выпускают также конденсаторы уплотненной конструкции. Кроме устаревших типов КБ (в картонных корпусах, залитых битумом) и БПП (в прямоугольном металлическом корпусе открытого типа) выпускают новые типы малогабаритных конденсаторов БМ и БМТ. У этих конденсаторов в качестве корпуса использована алюминиевая трубка.

Конденсаторы БМ и БМТ имеются двух разновидностей: БМ-1, БМТ-1 и БМ-2, БМТ-2. БМ-1 и БМТ-1 изготовляют с вкладными контактными узлами, а БМ-2 и БМТ-2 (рисунок 2) с паяными контактными узлами. Размеры их не превышают: диаметр 5 - 7,5 мм, длина 11 - 14.5 мм.

Конденсаторы БМ-1 КБГ-М, КБГ-МН, КБГ-МП в цепях с очень низкими напряжениями применять не рекомендуется. В таких цепях применяют только конденсаторы, в которых выводы припаяиы или привалены к обкладкам (например, БМ-2).

Конденсатор БГМ - Бумажный Герметизированный Малогабаритный имеет разновидность БГМ-1 с одним изолированным выводом и БГМ-2 с двумя изолированными выводами (рисунок 3). Размеры БГМ: диаметр 6 - 11 мм, длина 18 мм.

Из новых типов бумажных конденсаторов следует выделить К40П (К40П-1, К40П-2, К40П-3) и К40У-9.

Конденсатор К40П-1 - Малогабаритный Опрессованный в пластмассовом корпусе с проволочными торцевыми выводами. Конденсатор К40П-2 заключен в металлический корпус, герметизированный; выпускается двух видов К40П-2а и К40П-26. Разница между ними заключается в том, что у конденсаторов К40П-2а одна из обкладок соединена с корпусом, а другая имеет изолированный от корпуса проволочный вывод. У конденсатора К40П-2б оба вывода изолированы. Его размеры: диаметр 6 и 11 мм в зависимости от емкости, длина 19 мм.

Конденсаторы К40У-9 (рисунок 4) разработаны для более тяжелых условий эксплуатации (высокаи влажность, верхний предел температуры до +125°С): это цилиндрические герметизированные конденсаторы в стальных корпусах со стеклоопрессованными изоляторами.

Список использованной литературы

1. Бодиловский В.Г. Справочник молодого радиста. Издание четвертое, переработанное и дополненное. Москва: Издательство «Высшая школа», 1983. - Серия «Профтехобразование».
2. Конденсаторы. Справочник. Михайлов И.В., Пропошин А.И., 1965 год (Массовая радиобиблиотека №0573).

— это электрический (электронный) компонент, построенный из двух проводников (обкладок), разделенные между собой слоем диэлектрика. Различают много видов конденсаторов и в основном они делятся по материалу самих обкладок и по виду используемого диэлектрика между ними.

Виды конденсаторов

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.

Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.

Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.

Электролитические конденсаторы

В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.

Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.

Но, на самом деле, к электролитическим так же относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.

В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.

К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.

Алюминиевые электролитические конденсаторы

В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al 2 O 3),

Свойства:

• они работают корректно только на малых частотах
• имеют большую емкость

Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.

Характеризуются высокими токами утечки,
имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.

Танталовые электролитические конденсаторы

Это вид электролитического конденсатора, в которых металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta 2 O 5).

Свойства:

• высокая устойчивость к внешнему воздействию,
• компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя,
• меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.

Полимерные конденсаторы

В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечки заряда.

Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.

Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.

Пленочные конденсаторы

В данном виде конденсатора диэлектриком является пленка из пластика, например, полиэстер (KT, MKT, MFT), полипропилен (KP, MKP, MFP) или поликарбонат (KC, MKC).

Электроды могут быть напыленными на эту пленку (MKT, MKP, MKC) или изготовлены в виде отдельной металлической фольги, сматывающейся в рулон или спрессованной вместе с пленкой диэлектрика (KT, KP, KC). Современным материалом для пленки конденсаторов является полифениленсульфид (PPS).

Общие свойства пленочных конденсаторов (для всех видов диэлектриков):

• работают исправно при большом токе
• имеют высокую прочность на растяжение
• имеют относительно небольшую емкость
• минимальный ток утечки
• используется в резонансных цепях и в RC-снабберах

Отдельные виды пленки отличаются:

• температурными свойствами (в том числе со знаком температурного коэффициента емкости, который является отрицательным для полипропилена и полистирола, и положительным для полиэстера и поликарбоната)
• максимальной рабочей температурой (от 125 °C, для полиэстера и поликарбоната, до 100 °C для полипропилена и 70 °С для полистирола)
• устойчивостью к электрическому пробою, и следовательно максимальным напряжением, которое можно приложить к определенной толщине пленки без пробоя.

Конденсаторы керамические

Этот вид конденсаторов изготавливают в виде одной пластины или пачки пластин из специального керамического материала. Металлические электроды напыляют на пластины и соединяют с выводами конденсатора. Используемые керамические материалы могут иметь очень разные свойства.

Разнообразие включает в себя, прежде всего, широкий диапазон значений относительной электрической проницаемости (до десятков тысяч, и такая величина имеется только у керамических материалов)

Столь высокое значение проницаемости позволяет производить керамические конденсаторы (многослойные) небольших размеров, емкость которых может конкурировать с емкостью электролитических конденсаторов, и при этом работающих с любой поляризацией и характеризующихся меньшими утечками.

Керамические материалы характеризуются сложной и нелинейной зависимостью параметров от температуры, частоты, напряжения. В виду малого размера корпуса — данный вид конденсаторов имеет особую .

Конденсаторы с воздушным диэлектриком

Здесь диэлектриком является воздух. Такие конденсаторы отлично работают на высоких частотах, и часто выполняются как конденсаторы переменной емкости (для настройки).

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Кафедра физической электроники

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Материалы электронной техники»

Бумажный конденсатор

Студент группы 311

Пилипец И.В.

Руководитель Битнер Л.Р.

Доцент кафедры ФЭ

Введение

1. Обзор конструкций конденсаторов и выбор направления проектирования

Выбор материалов для бумажного конденсатора

2.1 Основные диэлектрические материалы

2 Конструкции для защиты конденсатора

2.3 Материалы обкладок

3. Расчет конденсатора

3.1 Основные принципы расчета

3.2 Расчет бумажного конденсатора

Заключение

Список литературы

Введение

В современной технике конденсаторы находят себе исключительно широкое и разностороннее применение, например, в радиотехнической и телевизионной аппаратуре, в радиолокационной технике, в электроизмерительной технике и т.д., поэтому конденсаторы являются важной частью радиоэлектронной и бытовой аппаратуры. По этой причине неразрывно связаны: качество РЭА и конденсаторов. Основным этапом, на котором задаются параметры конденсаторов, является этап проектирования. В ходе проектирования учитывается конструктивные и технологические факторы. Нужно выбрать правильный вариант конструкции, согласовав минимальные габаритные размеры и требуемые технические характеристики.

Целью данной курсовой работы является разработка бумажного конденсатора с заданными параметрами, а также приобретение личного опыта разработки радиоэлементов.

1. Обзор конструкций конденсаторов и выбор направления проектирования

Конденсатор - это элемент электрической цепи, состоящий из проводящих электродов (обкладок), разделённых диэлектриком и предназначенный для использования его емкости. Емкость конденсатора - есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов, которую заряд сообщает конденсатору.

Конденсаторы, применяемые в РЭА, можно разделить на конденсаторы постоянной емкости, конденсаторы переменной емкости и подстроечные конденсаторы. В данной работе рассмотрим конденсаторы постоянной емкости. Конденсаторы постоянной емкости, так же как и резисторы, являются особенно широко применяемыми элементами схемы, к которым предъявляются чрезвычайно разнообразные требования.

Основные параметры конденсаторов: номинальная емкость, допускаемые отклонения фактической емкости от номинальной, номинальное напряжение, сопротивление изоляции, тангенс угла потерь, температурный коэффициент емкости.

Конденсаторы постоянной емкости в зависимости от применяемого диэлектрика могут быть разделены на конденсаторы с воздушным и твердым диэлектриком. Конденсаторы с твердым диэлектриком могут быть разделены на конденсаторы с неорганическим диэлектриком - из слюды, керамики, стекла, стеклокерамики, стеклоэмали и т.п. и на конденсаторы с органическим диэлектриком - из бумаги и пленок из полистирола, фторопласта и т.п.

Конденсаторы имеют различные конструкции, например пакетная конструкция (рис. 1.1) применяется в слюдяных, стеклоэмалевых, стеклокерамических и некоторых типах керамических конденсаторов и представляет собой пакет диэлектрических пластин (1) толщиной около 0,04 мм, на которые напылены металлизированные обкладки (2), соединяемые в общий контакт полосками фольги (3). Собранный пакет спрессовывается обжимами (4), к которым присоединяются гибкие выводы (5), и покрывается влагозащитной эмалью. Количество пластин в пакете достигает 100.4

Рисунок 1.1 Пакетная конструкция конденсатора

Трубчатая конструкция (рис. 1.2) характерна для высокочастотных трубчатых конденсаторов и представляет собой керамическую трубку (1) с толщиной стенок около 0,25 мм, на внутреннюю и внешнюю поверхность которой методом вжигания нанесены серебряные обкладки (2) и (3). Для присоединения гибких проволочных выводов (4) внутреннюю обкладку выводят на внешнюю поверхность трубки и создают между ней и внешней обкладкой изолирующий поясок (5), снаружи на трубку наносится защитная пленка из изоляционного вещества.

Рисунок 1.2 Трубчатая конструкция конденсатора

Дисковая конструкция (рис. 1.3) характерна для высокочастотных керамических конденсаторов: на керамический диск (1) с двух сторон вжигаются серебряные обкладки (2) и (3), к которым присоединяются гибкие выводы (4).

Рисунок 1.3 Дисковая конструкция конденсатора

Литая секционированная конструкция (рис.1.4) характерна для монолитных многослойных керамических конденсаторов, их изготовляют путем литья горячей керамики, в результате которого получают керамическую заготовку (1) с толщиной стенок около 100 мкм и прорезями (пазами) (2) между ними, толщина которых порядка 130-150 мкм. Затем эта заготовка окунается в серебряную пасту, которая заполняет пазы, после чего осуществляют вжигание серебра в керамику.

Рисунок 1.4 Литая секционированная конструкция конденсатора

Рулонная конструкция (рис. 1.5) характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов, обладающих большой емкостью. Конструктивно бумажные конденсаторы выполняются из двух длинных полос алюминиевой или свинцово-оловянной фольги (2), разделенных несколькими слоями бумаги (1) толщиной от 4-5 до 12-15 мкм и свернутых в виде круглого или овального рулона.

Рисунок 1.5 Рулонная конструкция конденсатора

Для повышения электрической прочности и стабильности конденсатор пропитывают парафином, церезином, вазелином, маслом или различными компаундами. Основной задачей пропитки является заполнение пор в бумаге и пустот между слоями бумаги и обкладками.

Количество бумажных слоев n и толщина бумаги d определяются рабочим напряжением и условиями работы конденсатора. Конденсаторы с однослойным диэлектриков и с обкладками из фольги имеют меньшие размеры, но не обеспечивают высокой электрической прочности и надежности.

По электрическим показателям бумажные конденсаторы значительно уступают слюдяным или керамическим. Они имеют большие потери (, которые быстро растут с частотой, и более низкое сопротивление изоляции. Их параметры зависят от климатических условий и меняются во времени. Поэтому бумажные конденсаторы обычно герметизируют. Для герметизации конденсаторов относительно небольшой емкости (до 0,1 мкФ) используют цилиндрический корпус из фарфора, при несколько больших значениях емкости цилиндрический корпус из металла, а для конденсаторов большой емкости - плоские или прямоугольные корпуса из металла.

Существенным недостатком бумажных конденсаторов является большая собственная индуктивность, которая обусловлена тем, что обкладки конденсатора свернуты в виде спирали.

Рис. 1.6 - Схемы намотки бумажных конденсаторов: а - со смещенной фольгой; б - с вкладными выводами; 1 - фольга; 2 - конденсаторная бумага; 3 - выступающие концы фольги; 4 - вкладные выводы.

Безыиндуктивные конденсаторы выполняют так, что выводы имеют возможно более короткое соединение со всеми участками обкладок (рис. 1.6, а). Для уменьшения индуктивности более дешевым способом в секцию при намотке через определенное число витков закладывают проводники, соединяемые вместе у общего вывода (рис. 1.6, б).

2. Выбор материалов для бумажного конденсатора

2.1 Основные диэлектрические материалы

В бумажных конденсаторах большой емкости - до нескольких микрофарад или малогабаритных конденсаторах емкостью до нескольких десятых долей микрофарад диэлектриком служит конденсаторная бумага (ГОСТ 1908-88).

По ГОСТ 1908-88 бумага изготавливается 4 видов:

КОН - обычная конденсаторная бумага, используется в качестве диэлектрика в электронной и радиотехнической промышленности преимущественно для изготовления малогабаритных электрических конденсаторов промышленной и бытовой техники;

СКОН - специальная конденсаторная бумага, применяется в изделиях, где требуется более высокий уровень электрической прочности, бумага обладает более низким значением тангенса угла диэлектрических потерь при температуре 100°С;

МКОН - бумага с малыми диэлектрическими потерями, предназначенная для пропитки синтетическими пропиточными составами, отличается высокой химической чистотой и высокими значениями электрической прочности, малыми диэлектрическими потерями;

ЭМКОН - бумага высокой электрической прочности с малыми диэлектрическими потерями, применяется в технике сильных токов и высоких напряжений для изготовления силовых и импульсных конденсаторов, работающих в условиях повышенных электрических нагрузок.

Так как специальные условия не оговорены в задании, используем для расчета конденсаторную бумагу КОН. По ГОСТ 1908-88 предусматривается изготовление бумаги с разной плотностью в зависимости от толщины (таблица 2.2).

Таблица 2.1

Соответствие типов марок и толщины бумаги

Вид и тип бумагиТолщина бумаги, мкм для марок0,81233,5КОН--4-308-15-СКОН-10-307-308-128-12МКОН10-208-306-308-15-ЭМКОН10-2010-306-308-12-

Таблица 2.2

Соответствие толщины и плотности бумаги

Марка бумагиПлотность, г/см30,80,80 ± 0,0511,00 ± 0,0521,20 ± 0,0531,30 ± 0,053,51,35 ± 0,05

При изменении объемного веса бумаги меняются ее электрические характеристики. Чем плотнее бумага, т.е. чем большая доля ее объема заполнена клетчаткой, тем выше диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность. С ростом плотности возрастает и значение тангенса угла диэлектрических потерь сухой бумаги.

Конденсаторная бумага является неоднородным диэлектриком, состоящий из клетчатки, занимающей в зависимости от плотности бумаги 51 - 87% ее объема. Остальная часть объема приходится на долю пор, содержащих воздух и частично заполненных влагой. В воздушно-сухом состоянии количество влаги доходит до 10% от веса бумаги.

Для повышения электрической прочности и диэлектрической проницаемости бумагу высушивают и пропитывают различными жидкими или отвердевающими полярными или неполярными составами (таблица 2.3). Неполярные пропитывающие составы применяются в том случае, если от конденсатора необходимо получить высокие значения электрических характеристик (высокое и малый ) и малое отклонение емкости при крайних значениях рабочих температур. Применяя для пропитки бумажных конденсаторов полярные диэлектрики, можно снизить габаритные размеры конденсаторов и, следовательно, сэкономить активные материалы. Например, можно использовать касторовое масло, но при этом увеличится угол потерь.

Основным преимуществом жидких пропиточных масс является полное заполнение всех пор в бумаге, в отличие от твердых масс, которые обладают усадкой, вызывающей образование остаточных газовых включений в диэлектрике конденсатора. За счет усадки снижаются электрическая прочность и диэлектрическая проницаемость. Преимуществом отвердевающих масс является возможность применения дешевой негерметизированной конструкции, но лишь при том условии, что от конденсатора не требуется высокая влагостойкость. Основным типом пропиточных масс, используемых в производстве бумажных конденсаторов, служат жидкие массы.

Таблица 2.3

Характеристики пропитывающих составов для бумажных конденсаторов

ХарактеристикиКонденсаторное маслоСоволКонденсаторный вазелинКасторовое маслоПлотность, г/см3, при t=20 0,86-0,891,51-1,560,83-0,880,95-0,97Температура застывания, 0-45+5 - +6+30 - +40-15÷ -17Теплопроводность, 0,00130,00101--Теплоемкость при 20 - 100 , ккал/кгград0,43 -0,580,36--Температурный коэффициент объемного расширения, 0,0006-0,00070,001--Удельное объемное сопротивление при 20, Электрическая прочность при 50 гц, 20, кв/см200170>200200Диэлектрическая проницаемость при 50 гц, 202,1-2,34,6-5,22,1-2,24,2-4,7Тангенс угла диэлектрических потерь при 50 гц, 900,0050,03-0,003<0,002>0,01

Любой конденсатор имеет ограниченный срок службы. Обычно конденсаторы радиотипа рассчитаны н верхний предел температуры 70 и на срок службы при непрерывной работе порядка 5000-10000 ч. В таблице 2.4 приведены значения допускаемой рабочей напряженности для указанных режимов работы при разных значениях толщины бумаги и разном числе ее слоев между обкладками.

Таблица 2.4

Значения допускаемой рабочей напряженности поля

Толщина слоев и число слоев бумагиДопускаемая напряженность кВ/ммПри 70При 85При 1008 мк 212,5--8 мк 316,712,58,310 мк 320--8 мк 4-18,712,510 мк 425251510 мк 530302010 мк 6-33,425

Пробой конденсатора может произойти не только через толщину диэлектрика, но и по поверхности закраин (расстояние от края обкладки до края диэлектрика). Поэтому величину закраины следует выбирать, исходя из испытательного напряжения, при котором не должен наблюдаться разряд по закраине, такие значения ширины закраины представлены в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Выбор ширины закраины

Испытательное напряжение (постоянный ток), ВШирина закраины, ммНамотка со скрытой фольгойНамотка с выступающей фольгой1500 или ниже231600-20002,542100-300035

При зарядке реального конденсатора ток с течением времени спадает не до нуля, а до некоторого конечного значения - тока утечки Чем выше сопротивление изоляции, тем меньше токи утечки. Сопротивление изоляции конденсаторов большой емкости определяется в основном током утечки через толщину диэлектрика, а потому зависит от удельного объемного сопротивления диэлектрика , от площади обкладки и от толщины диэлектрика. Удельное объемное сопротивление бумаги

2.2 Конструкции для защиты конденсатора

Существуют различные средства защиты конденсаторов от воздействия влаги, которые делятся на два типа: влагозащита с применением органических диэлектриков (уплотнение конструкции) и влагозащита с применением неорганических диэлектриков и металла (герметизация конструкции конденсатора).

Простейшим средством влагозащиты пропитанной конденсаторной секции является покрытие ее слоем изоляционного лака. Шагом вперед в направлении улучшения влагостойкости конденсаторов явилась заливка влагоупорным компаундом пропитанных конденсаторных секций, помещаемых в металлический или изоляционный корпус. Недостатком таких конструкций является их пониженная морозостойкость, так как при низких температурах возможно растрескивание заливочного компаунда. Резкое улучшение надежности удалось получить при использовании для заливки компаундов на основе эпоксидных смол.

Для слюдяных конденсаторов широко применяется опрессовка пластмассой.

Для бумажных конденсаторов этот метод влагозащиты применяется редко, так как необходимость использовать относительно высокую температуру запрессовки и большое удельное давление может повредить целостности конденсаторной секции. Для защиты бумажных конденсаторов применяется метод облицовки влагозащитным компаундом («окукливание») (рис. 2.1). Облицовку можно производить погружением конденсаторной секции в расплавленный компаунд или путем заливки компаундом в разборной формочке.

Рисунок 2.1 Облицовка влагозащитным компаундом

Одним из вариантов использования термореактивных пластмасс в конструкции конденсаторов является опрессовка пластмассой выводных контактов в металлической крышке конденсатора (рис. 2.2), которая затем впаивается в металлический корпус. Также вместо опрессовки пластмассой используется заливка вывода эпоксидным компаундом.

Рисунок 2.2 Опрессовка пластмассой выводных контактов в металлической крышке конденсатора

В ряде случаев применяется также керамические изоляторы сплошные (рис. 2.3, а) или составные (рис. 2.3, б), уплотняемые эластичными прокладками из специальной резины.

Рисунок 2.3 Керамические уплотняемые изоляторы: а - сплошные, б - составные

Некоторые влагозащитные материалы представлены в таблице 2.6. (Р - коэффициент влагопроницаемости органического вещества, h - растворимость, D - коэффициент диффузии)

Таблица 2.6

Константы некоторых органических влагозащитных материалов

Название материала г/смчммh г/см3ммD, см2/чПолитрифторхлорэтилен (фторопласт-3) Политетрафторэтилен (фторопласт-4) Парафин Церезин Полиамид-68 Полиэтилен Полиуретан Эпоксидная смола Полихлорвинил Полистирол Битумные компаунды Полиметилметакрилат Бакелит Бензилцеллюлоза Ацетилцеллюлоза Полисилоксановая резина0,6 4,5 4-6 6 21 30 50 50-80 33-110 100-200 100-200 360 500 800-1600 1000-1600 24001 1,5 - - 7 15 50 10 55 2 - 12 - - - 800,6 3 - - 3 2 1 5-8 0,6-2 50-100 - 30 - - - 30

Недостатком влагозащиты, основанной на применении органических материалов, является то, что они имеют конечную величину влагопроницаемости. Широкое распространение получили герметизированные конструкции, представляющие собой сочетание металла с керамикой или стеклом, с применением швов, соединяемых мягкими припоями; эта система влагозащиты известна под названием вакуумплотной герметизации (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 Вакуумплотная герметизация

а - керамический изолятор, впаянный в металлическую крышку; б - стеклянный изолятор, впаянный в металлическую трубку; г - керамический дисковый изолятор, впаянный в металлическую трубку; д - металлический колпачок, припаянный к керамической трубке, е - керамическая крышка, припаянная к керамическому корпусу

Для конденсаторов большой емкости применяются металлические корпуса с припаянными к ним крышками, в которые впаиваются керамические металлизированные изоляторы (рис. 2.4, а) или специальные стеклянные проходные изоляторы (рис. 2.4, б).

Для конденсаторов, рассчитанных на повышенную рабочую температуру порядка 100, используются стальные корпуса, не имеющие шва, которые соединяются с крышкой методом сварки.

2.3 Материалы обкладок

Обкладки конденсаторов нагреваются проходящим по ним током и одновременно отводят тепло от диэлектрика к корпусу конденсатора. В процессе работы конденсатора на обкладки из фольги действуют механические напряжения, вызванные электродинамическими силами, возникающие при протекании токов в близко расположенных электродах. Материалы обкладок испытывает и механические нагрузки при намотке и сборке конденсаторных секций. Этими условиями определяются требования к материалу обкладок: он должен обладать высокой электропроводностью, теплопроводностью и механической прочностью. Чаще всего для обкладок применяется алюминиевая фольга. Современное конденсаторостроение применяет для изготовления обкладок различных типов конденсаторов большое число различных металлов. Характеристики некоторых металлов приведены в таблице 2.7.

конденсатор емкость диэлектрический обкладка

Таблица 2.7

Характеристики некоторых проводящих материалов

ХарактеристикиСереброМедьЗолотоАлюминийОловоТанталУдельное сопротивление, мкОм·см1,621,752,42,813,414,6Температурный коэффициент сопротивления, 364438424435Плотность, г/см310,58,919,32,77,416,6Коэффициент линейного расширения, 19,716,514,223,826,76,5Теплоемкость (0-100) ккал/град·ч0,0560,1000,0620,1680,5590,036Теплопроводность, Вт/см·град4,203,93-2,220,630,54

Медь обладает малым удельным сопротивлением, высокой механической прочностью, удовлетворительной стойкостью к коррозии, легко паяется, сваривается и хорошо обрабатывается, что позволяет прокатывать ее в листы, ленту и вытягивать в проволоку. Обычно медная фольга применяется в производстве намотанных конденсаторов небольшой емкости, когда требуется увеличенная прочность обкладок. Такую фольгу иногда применяют также в производстве слюдяных конденсаторов, когда требуется использовать обкладки с пониженным удельным сопротивлением.

Основным типом металлической фольги, применяемой в конденсаторостроении, является алюминиевая фольга. Алюминий приблизительно в 3,5 раза легче меди, обладает небольшим удельным сопротивлением, высокой теплопроводностью, легко прокатывается до малых толщин и относительно дешев. Для электротехнических целей используют алюминий технической чистоты, содержащий до 0,5% примесей. Алюминий высокой чистоты (примесей до 0,03%) используется для изготовления тонкой (до 6 мкм) фольги, электродов и корпусов электролитических конденсаторов.

Иногда вместо тонкой алюминиевой фольги применяется оловянная (точнее оловянно-свинцовая с добавление сурьмы) как материал легко поддающийся пайке и, благодаря своей мягкости, плотнее прилегающий к диэлектрику. Такая фольга изготавливается небольшими партиями с толщиной до 7 мкм. Недостатком этой фольги, кроме повышенной стоимости и увеличенного удельного сопротивления, является худшая теплопроводность и повышенный удельный вес.

Золото обладает высокой пластичностью (предел прочности при растяжении 150 МПа, относительное удлинение при разрыве около 40%) и используется в электронной технике для нанесения коррозионно-устойчивых покрытий на резонаторы СВЧ, внутренние поверхности волноводов, электроды ламп и др.

Серебро - стойкий против окисления металл (при нормальной температуре), обладающий наименьшим удельным сопротивлением (табл. 2.7). Используется для изготовления электродов и контактов на небольшие токи, для непосредственного нанесения на диэлектрики, а также в производстве керамических и слюдяных конденсаторов.

Тонкая танталовая фольга толщиной 10-15 мкм применяется в производстве электролитических конденсаторов, так же, как и алюминиевая фольга является носителем оксидного слоя (диэлектрика).

Из-за низкой стоимости наиболее распространенным материалом высокой электрической проводимости является алюминий. В соответствии с ГОСТ 618-73* «Фольга алюминиевая, рулонная для электротехнических целей», фольга выпускается толщиной от 0,005 до 0,2 мм при ширине рулона от 10 до 200 мм. Допуски по толщине колеблются в пределах от ±10 до ±20%, что при конструировании может вызывать заметное отклонение фактической толщины и веса секции от расчетных величин, полученных при номинальных размерах.

3. Расчет конденсатора

.1 Основные принципы расчета

Расчет конденсатора сводится к нахождению оптимальных размеров, обеспечивающих получение заданных значений электрических характеристик конденсатора, и надежность работы при наименьших затратах на его производство. В частных случаях, если конденсатор применяется в особо ответственной аппаратуре, его стоимость может иметь второстепенное значение, и главное внимание приходится уделять получению наивысших возможных характеристик или наименьшего объема и веса.

В большинстве случаев по типу диэлектрика определяется и тип конструкции конденсатора - конденсаторной секции: плоская, цилиндрическая или спиральная (намотанная). При одном и том же диэлектрике можно применить несколько конструкций: при отсутствии специальных соображений по выбору варианта конструкции необходимо рассчитать несколько вариантов и выбрать оптимальный.

Основным при расчете конденсатора является правильный выбор толщины диэлектрика d, так как от нее зависят как размеры конденсатора, так и надежность его работы. По существу, каждый раз приходиться идти на компромисс между двумя противоположными требованиями: обеспечить повышенную надежность, для чего требуется увеличить d, или обеспечить наименьшие значения веса, объема и стоимости конденсатора, для чего требуется уменьшать d.

В первом приближении объем конденсатора изменяется пропорционально квадрату толщины диэлектрика, поэтому снижение толщины d является существенным способом удешевления конденсатора и снижения его габаритных размеров.

Для конденсаторов постоянного тока и низкой частоты величина d обычно устанавливается на основе расчета электрической прочности конденсатора; для ряда типов высокочастотных конденсаторов величина d находится из теплового расчета и потом только проверяется в отношении запаса электрической прочности.

После определения величины d необходимо выбрать конструкцию конденсаторной секции - основы конденсатора, что обычно определяется заданным или выбранным типом диэлектрика, а также номинальными параметрами конденсатора, указанными в расчетном задании. В соответствии с конструкцией выбирается расчетная формула, связывающая емкость с толщиной диэлектрика и основными размерами обкладок. Используя выбранную формулу емкости, заданное значение номинальной емкости , и найденное значение d, а также выбирая из конструктивных соображений соотношение ширины и длины обкладок, в случае плоского или спирального конденсатора, и задаваясь длиной обкладки или диаметром цилиндрического конденсатора, можно найти размеры активной части диэлектрика. Для установления размеров конденсаторной секции приходится дополнительно выбирать размеры закраин (расстояние от края обкладки до края диэлектрика), исходя из расчета на отсутствие перекрытия или основываясь на технологических соображениях и толщину обкладок из соображения механической прочности, т.е. из технологических соображений или на основе расчета величины потерь в обкладках (для конденсаторов повышенной или высокой частоты).

3.2 Расчет бумажного конденсатора

Выбираем плотню бумагу КОН-3 (1,30 г/см3) и пропитку соволом для повышения диэлектрической проницаемости, так как конденсатор рассчитан на работу при постоянном напряжении. Используем формулу для расчета диэлектрической проницаемости пропитанной бумаги:

где - диэлектрическая проницаемость клетчатки (;

Диэлектрическая проницаемость пропитки;

Коэффициент запрессовки диэлектрика (можно принять равным 1);

Плотность сухой бумаги, ;

Плотность клетчатки ().

Принимаем электрическую прочность из таблицы 2.4, в этом случае толщина диэлектрика будет равна: Берем диэлектрик из трех слоев бумаги по 10 мк.

Принимаем намотку со скрытой фольгой (рис. 3.1), находим по таблице 2.5 величину закраины 2 мм. В качестве обкладок берем алюминиевую фольгу шириной b = 40 мм и толщиной 5 мк. Тогда ширина бумаги с учетом закраин . Диаметр намоточной оправки выбираем .

где ;

Номинальная емкость, мкФ;

Диаметр, при котором начинается намотка активных витков, см;

Толщина обкладки, мкм;

Активная ширина обкладок, см;

Число витков секции находим по формуле:

Рисунок 3.1 Размеры одной конденсаторной секции

Используем стальной корпус для размещения в нем девяти конденсаторных секций. Принимая толщину стенок корпуса 0.3 мм и толщину изоляции секций 0.3 мм, получаем необходимую ширину корпуса , округлим значение до см. Выберем стандартную высоту корпуса 54 мм, на 10 мм больше высоты конденсаторной секции для размещения обкладок и изоляции под крышкой. Крышка крепится к корпусу с помощью пайки, для изоляции выводов используем опрессовку пластмассой (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 Корпус конденсатора

Для расчета токов утечки необходимо найти площадь обкладок и удельное сопротивление диэлектрика. Примем за удельное сопротивление пропитанной бумаги среднее значение между удельным сопротивлением сухой бумаги и совола . Для нахождения сопротивления диэлектрика в одной секции воспользуемся формулой:

где ;

Номинальная емкость, мкФ;

Толщина диэлектрика, мкм;

Удельное сопротивление пропитанной бумаги .

Найдем сопротивление для всех секций, так как они все одинаковые и соединены параллельно, то сопротивление будет в 9 раз меньше и равно

Ом. Найдем ток утечки:

Подсчитаем вес конденсатора. Вес обкладок:

Вес бумаги:

Свободный объем корпуса конденсатора, заполняемый пропиточной массой, примерно равен , плотность пропитки , получаем примерный вес пропиточной массы . Вес корпуса и крышки (сталь, удельный вес ) равен:

.

Принимая ориентировочно вес одного изолированного вывода 10 г, получаем вес выводов 20 г. Тогда примерный общий вес конденсатора составит .

Объем конденсатора равен .

Сравнение рассчитанного конденсатора с реальными аналогами представлено в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Сравнение характеристик конденсаторов

ПараметрРассчитанный конденсаторКБГ-МНКБГ-МНЕмкость, мкФ222Номинальное напряжение, В500400600Объем, 86.478.3145.3Масса, г132250360

Заключение

Произведен расчет бумажного конденсатора и получены следующие его габариты: ширина квадратного основания 40 мм, высота 54 мм. Масса конденсатора 132.2 г, объем . В качестве диэлектрика использована конденсаторная бумага КОН-3, материал обкладок - алюминиевая фольга. Емкость конденсатора 2 мкФ, рабочее напряжение 500 В, токи утечки не превышают . Данный конденсатор имеет реальные аналоги типа КБГ-МН.

Бумажные конденсаторы в основном применяются в цепях, где повышенные потери и низкая стабильность не имеют существенного значения.

Список литературы

1.Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие. - СПб.: Питер, 2003. - 506 с.

2.Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. - М.: Энергия, 1977. - 656 с.

.ГОСТ 1908-88 Бумага конденсаторная. Общие технические условия

.Ренне В.Т., Багалей Ю.В., Фридберг И.Д. Расчет и конструирование конденсаторов: Учебное пособие для вузов - К.: Техника, 1966. - 324 с.

.Ренне В.Т. Электрические конденсаторы. - Л.: Энергия, 1969. - 592 с.

.Бодиловский В.Г. Справочник молодого радиста. - М.: Высшая школа, 1983. - 322 с.

.ГОСТ 618-73* Фольга алюминиевая для технических целей. Технические условия

Конденсатор пусковой Сп должен быть в 1,5-2 раза больше рабочего Ср. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть в 1,5 раза больше напряжения сети, а конденсатор - обязательно бумажным, например, типа МБГО, МБГП и др.

Пассивные диэлектрики

При пропитки бумаги повышается диэлектрическая проницаемость и электрическая прочность, уменьшаются габариты, масса и стоимость конденсатора. Кабельные масла используют для пропитки бумажной изоляции силовых кабелей.

Было рассказано об электролитических конденсаторах. В основном они применяются в цепях постоянного тока, в качестве фильтрующих емкостей в выпрямителях. Также без них не обойтись в развязывающих цепочках питания транзисторных каскадов, стабилизаторах и транзисторных фильтрах. При этом, как было сказано в статье, постоянного тока они не пропускают, а на переменном работать вовсе не хотят.

Для цепей переменного тока существуют неполярные конденсаторы, причем, множество их типов говорит о том, что условия работы очень разнообразные. В тех случаях, когда требуется высокая стабильность параметров, а частота достаточно высокая, применяются конденсаторы воздушные и керамические.

К параметрам таких конденсаторов предъявляются повышенные требования. В первую очередь это высокая точность (маленький допуск), а также незначительный температурный коэффициент емкости ТКЕ. Как правило, такие конденсаторы ставятся в колебательных контурах приемной и передающей радиоаппаратуры.

Если же частота невелика, например, частота осветительной сети или частоты звукового диапазона, то вполне возможно применение бумажных и металлобумажных конденсаторов.

Конденсаторы с бумажным диэлектриком имеют обкладки из тонкой металлической фольги, чаще всего алюминиевой. Толщина обкладок колеблется в пределах 5…10мкм, что зависит от конструкции конденсатора. Между обкладками вложен диэлектрик из конденсаторной бумаги, пропитанной изоляционным составом.

В целях повышения рабочего напряжения конденсатора бумага может быть положена в несколько слоев. Весь этот пакет скручивается, как ковровая дорожка, и помещается в корпус круглого или прямоугольного сечения. При этом, конечно, от обкладок делаются выводы, а корпус такого конденсатора ни с чем не соединен.

Бумажные конденсаторы используются в низкочастотных цепях при больших рабочих напряжениях и значительных токах. Одно из таких очень распространенных применений - включение трехфазного двигателя в однофазную сеть.

В металлобумажных конденсаторах роль обкладок выполняет распыленный в вакууме на конденсаторную бумагу тончайший слой металла, все того же алюминия. Конструкция конденсаторов такая же, как и бумажных, правда, габариты намного меньше. Область применения обоих типов примерно одинакова: цепи постоянного, пульсирующего и переменного тока.

Конструкция бумажных и металлобумажных конденсаторов, кроме емкости, обеспечивает этим конденсаторам еще и значительную индуктивность. Это приводит к тому, что на какой-то частоте бумажный конденсатор превращается в резонансный колебательный контур. Поэтому такие конденсаторы применяются лишь на частотах не более 1МГц. На рисунке 1 показаны бумажные и металлобумажные конденсаторы, выпускавшиеся в СССР.

Рисунок 1.

Старинные металлобумажные конденсаторы имели свойство самовосстановления после пробоя. Это были конденсаторы типов МБГ и МБГЧ, но теперь их заменили конденсаторы с керамическим или органическим диэлектриком типов К10 или К73.

В некоторых случаях, например, в аналоговых запоминающих устройствах, или по другому, устройствах выборки-хранения (УВХ) к конденсаторам предъявляются особые требования, в частности, малый ток утечки. Тогда на помощь приходят конденсаторы, диэлектрики которых выполнены из материалов с высоким сопротивлением. В первую очередь это фторопластовые, полистирольные и полипропиленовые конденсаторы. Несколько меньшее сопротивление изоляции у слюдяных, керамических и поликарбонатных конденсаторов.

Эти же конденсаторы используются в импульсных схемах, когда требуется высокая стабильность. В первую очередь для формирования различных временных задержек, импульсов определенной длительности, а также для задания рабочих частот различных генераторов.

Чтобы временные параметры схемы были еще более стабильны, в некоторых случаях рекомендуется использовать конденсаторы с повышенным рабочим напряжением: ничего плохого нет в том, чтобы в схему с напряжением 12В установить конденсатор с рабочим напряжением 400 или даже 630В. Места такой конденсатор займет, конечно, побольше, но и стабильность работы всей схемы в целом тоже увеличится.

Электрическая емкость конденсаторов измеряется в Фарадах Ф (F), но это величина очень большая. Достаточно сказать, что емкость Земного шара не превышает 1Ф. Во всяком случае, именно так написано в учебниках физики. 1 Фарада это емкость, при которой при заряде q в 1 кулон разность потенциалов (напряжение) на обкладках конденсатора составляет 1В.

Из только что сказанного следует, что Фарада величина очень большая, поэтому на практике чаще используются более мелкие единицы: микрофарады (мкФ, µF), нанофарады (нФ, nF) и пикофарады (пФ, pF). Эти величины получаются с помощью использования дольных и кратных приставок, которые показаны в таблице на рисунке 2.

Рисунок 2.

Современные детали становятся все меньше, поэтому не всегда удается на них нанести полную маркировку, все чаще пользуются различными системами условных обозначений. Все эти системы в виде таблиц и пояснений к ним можно найти в интернете. На конденсаторах, предназначенных для SMD монтажа, чаще всего не ставится вообще никаких обозначений. Их параметры можно прочитать на упаковке.

Для того, чтобы выяснить, как ведут себя конденсаторы в цепях переменного тока, предлагается проделать несколько простейших опытов. При этом, каких-то особых требований к конденсаторам не предъявляется. Вполне подойдут самые обычные бумажные или металлобумажные конденсаторы.

Конденсаторы проводят переменный ток

Чтобы убедиться в этом воочию, достаточно собрать несложную схему, показанную на рисунке 3.

Рисунок 3.

Сначала надо включить лампу через конденсаторы C1 и C2, соединенные параллельно. Лампа будет светиться, но не очень ярко. Если теперь добавить еще конденсатор C3, то свечение лампы заметно увеличится, что говорит о том, что конденсаторы оказывают сопротивлению прохождению переменного тока. Причем, параллельное соединение, т.е. увеличение емкости, это сопротивление снижает.

Отсюда вывод: чем больше емкость, тем меньше сопротивление конденсатора прохождению переменного тока. Это сопротивление называется емкостным и в формулах обозначается как Xc. Еще Xc зависит от частоты тока, чем она выше, тем меньше Xc. Об этом будет сказано несколько позже.

Другой опыт можно проделать используя счетчик электроэнергии, предварительно отключив все потребители. Для этого надо соединить параллельно три конденсатора по 1мкФ и просто включить их в розетку. Конечно, при этом надо быть предельно осторожным, или даже припаять к конденсаторам стандартную штепсельную вилку. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть не менее 400В.

После этого подключения достаточно просто понаблюдать за счетчиком, чтобы убедиться, что он стоит на месте, хотя по расчетам такой конденсатор эквивалентен по сопротивлению лампе накаливания мощностью около 50Вт. Спрашивается, почему не крутит счетчик? Об этом тоже будет рассказано в следующей статье.

← Вернуться