Главная

Электрический конденсатор

Общие сведения о конденсаторах
 
Классификация. Электрический конденсатор представляет собой систему из двух или более токопроводящих обкладок, разделенных диэлектриком, предназначенную для создания емкости. По конст­рукции и назначению радиоконденсаторы разделяют на
  •  постоянные 
  • переменные.
Емкость постоянных конденсаторов не меняется, а переменных — .можно плавно изменять. Существуют также полу­переменные (подстроечные) конденсаторы, емкость которых можно плавно изменять до определенного значения, по достижении кото­рого они работают как постоянные. Материал диэлектрика и его свойства определяют характеристики, конструкцию и область при­менения конденсаторов.
Различают следующие виды конденсаторов:
  • с газообразным диэлектриком (воздушные, газонаполненные, вакуумные);
  • с жидким (наполненные минеральным маслом или синтетической жидкостью);
  • с твердым неорганическим (стеклянные, стеклоэмалевые, стекло-пленочные, слюдяные, керамические и др.);
  • с твердым органичес­ким (бумажные, металлобумажные, пленочные, бумажно-пленочные и др.);
  • с оксидным — электролитические (танталовые, ниобиевые, титановые, алюминиевые).
Переменные конденсаторы имеют механическое или электри­ческое управление емкостью. Конденсаторы с механическим управлением выпускают с газообразным, жидким или твердым диэлектри­ком, а с электрическим — сегнетокерамические (вариконды) и по« лупррводниковые (варккапы).
Маркировка конденсаторов. Существует две системы обозначе­ния конденсаторов: буквенная (старая) и цифровая (новая).
Буквенная система используется для обозначения конденсаторов, разработанных до 1960 г. и выпускающихся в настоящее время. В этой системе
  • первая буква К означает конденсатор,
  • вторая — тип диэлектрика
    • Б — бумажный,
    • С — слюдяной,
    • К — керами­ческий,
    • Э — электролитический и т. д.),
  • третья — конструктивные особенности (герметичность исполнения или условия эксплуатации).
Для упрощения системы обозначений часто первую букву К опус­кают, оставляя вторую и последующие (например, МБГО — кон­денсатор металлобумажный герметизированный с однослойным ди­электриком). В соответствии с цифровой системой обозначений конденсаторы разделяют на группы по виду диэлектрика, назначению и варианту исполнения. В этой системе
  • первый элемент обозначения (буква К) — конденсатор постоянной емкости,
  • второй (число) — вид ди­электрика
    • (10 — керамический на номинальное напряжение ниже 1600 В;
    • 15 — керамический на номинальное напряжение 1600 В и выше;
    • 20 — кварцевый;
    • 21 — стеклянный;
    • 22 — стеклокерами-ческий;
    • 23 — стеклоэмалевый;
    • 24 — слюдяной малой мощности;
    • 32 — слюдяной большой мощности;
    • 40 — бумажный на номинальное напряжение ниже 1600 В с фольговыми об­кладками;
    • 41 — бумажный на номинальное напряжение выше 1600 В с фольговыми обкладками;
    • 42 — бумажный с металли­зированными обкладками;
    • 50 — электролитический алюминиевый;
    • 51 — электролитический танталовый фольговый;
    • 52 — электролити­ческий танталовый Объемно-пористый;
    • 53 — оксидно-полупроводни­ковый;
    • 60 — воздушный;
    • 61 — вакуумный;
    • 70 — полистиральный с фольговыми обкладками;
    • 71 — полистиролышй с металлизиро­ванными обкладками;
    • 72 — фторопластовый и т. д.);
  • третий эле­мент — буква, указывающая на назначение
    • П — для работы в цепях постоянного тока;
    • Ч — в цепях переменного тока;
    • У — в це­пях постоянного и переменного токов и в импульсных режимах;
    • И — в импульсных режимах;
    • если третий элемент обозначения не указан, конденсатор предназначен для работы в цепях постоянного ,или пульсирующего и постоянного тока);
  • четвертый элемент — чис­ло, указывающее вариант исполнения конденсаторов одной группы по виду диэлектрика.
Пример обозначений К42У-2: К — конденсатор постоянной ем­кости, 42 — металлобумажный, У — для работы в цепях постоян­ного и переменного токов, а также в импульсных режимах, 2 — номер конструктивного исполнения.
Параметры. Основными параметрами, определяющими качество конденсатора и условия его работы, являются
  • емкость,
  • темпера­турный коэффициент (ТКЕ),
  • сопротивление изоляции,
  • потери энер­гии,
  • электрическая прочность 
  • собственная индуктивность.
Емкость конденсатора — способность накапливать и удержи­вать на своих обкладках электрические заряды под действием при-t ложенного напряжения. Если к конденсатору приложено напряже­ние U(В), а на обкладках накапливается заряд Р(Кл), его емкость С = Q/U.
Поскольку фарада очень большая единица, емкость конденса­торов принято замерять в микрофарадах (мкф), нанофарадах (нФ) или пикофарадах (пФ) 1 Ф=106 мкФ=109 нФ=1012 пФ.
Емкость, указанную на маркировке конденсатора, называют но­минальной, Номинальные емкости конденсаторов широкого приме­нения соответствуют рядам, имеющим условные обозначения Еб, Е12, Е24
Таблица 20  Ряды номинальных емкостей, мкФ, нФ, пФ

Е6
E12
E24
0,01
0,1
1
10
100
0,1
1
10
100
1
10
100
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1,1
11
110
 
 
 
 
 
0,012
1,2
12
120
1,2
12
120
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1,3
13
130
0,015
0,15
1,5
15
150
0,015
1,5
15
150
1,5
15
150
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1,6
16
160
 
 
 
 
 
0,018
1,8
180
180
1,8
18
180
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2
20
200
0,022
0,22
2,2
22
220
0,022
2,2
22
220
2,2
22
220
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2,4
24
240
 
 
 
 
 
0,027
2,7
27
270
2,7
27
270
 
 
«
 
 
 
 
 
 
3
30
300
0,033
0,33
3,3
33
330
0,033
3,3
33
330
3,3
33
330
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3,6
36
360
 
 
 
 
 
0,039
3,9
39
390
3,9
39
390
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4,3
43
430
0,047
0,47
4,7
47
470
0,047
4,7
47
470
4,7
47
470
 
 
 
 
 
 
 
 
 
5,1
51
510
 
 
 
 
 
0,056
5,6
56
560
5,6
56
560
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6,2
62
620
0,068
0,68
6,8
68
680
0,068
6,8
68
680
6,8
68
680
 
 
 
 
 
 
 
 
 
7,5
75
750
 
 
 
 
 
0,082
8,2
82
820
8,2
82
820
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9,1
91
910

Каждый член ряда определяется А= \m/10n, где A — номинальная ем­кость; т — номер ряда (\/ - корень m-ной степени); m - номер ряда, n=0; 1; 2;... т — 1. Например, в ряду Е6, у которого m = 6, а n=0, 1, 2,.3; 4; 5, номинальную емкость полу­чают следующим образом. В ряду Еб в каждом десятичном интервале 0,01; 0,1; 1; 10; 100 имеется шесть номинальных величин (см, табл. 20 по вертикали). Их значения получаются следующим обраразом: Полученные числа выражают номинальные емкости конденса­торов. Фактическая емкость конденсатора Сф может отличаться от номинальной Сн на значение допустимого отклонения, которое вы­ражают в процентах и определяют по формуле
Величина допуска характеризует класс точности конденсаторов. В зависимости от допустимого отклонения емкости различают 11 классов точности конденсаторов.

Класс
С01
002
005
00
0
1
II
III
IV
V
VI
Допустимое от­клонение,
±0,01 %
±0,2
±0,5
±1
±2
±5
±10
±20
 — 10 +20
 — 20
+30
 — 20
+50

Чаще всего применяют конденсаторы I, II, III классов точно­сти. Электролитические конденсаторы могут иметь допустимое от­клонение емкости от +80 до — 20 %. Конденсаторы переменной ем-кости не имеют стандартизированный значений и разделяются по минимальной и максимальной емкостям. Номинальную емкость маркируют на конденсаторе полностью (может быть не обозначена лишь пикофарада). Маркировку миниа­тюрных конденсаторов кодируют. Емкости менее 100 пФ выражают в пикофарадах и обозначают буквой П, от 100 до 9100 пФ — в до­лях нанофарады, от 0,01 до 0,091 мкФ — в нанофарадах и обознача­ют буквой Н, емкости от 0,1 мкФ и более — в микрофарадах и обо­значают буквой М. Если номинальная емкость выражена целым числом, обозначение единицы измерения ставят после этого чиста (например, 33 пФ обозначают ЗЗП; 15 нФ — 15Н), если десятичной дробью, меньшей единицы, нуль целых и запятая из маркировки исключаются, а буквенное обозначение ставится перед числом (на­пример, 0,15 нФ обозначают Н15, а 0,5 мкФ соответственно М15), если целым числом и десятичной дробью, целое число ставится впереди, а десятичная дробь — после буквы (например, 1,5 пФ обозначают 1П5, а 1,5 нФ соответственно 1Н5). Допускаемое отклонение от номинальной емкости маркируется после ее цифрового обозначения в процентах или буквенным кодом согласно табл. 21. Температурный коэффициент емкости ТКЕ характеризует изме­нение емкости конденсатора при изменении температуры на 1 °С: TKE=(C2-C1)/[C1(T2-T1)], где C­1 и С2 — емкости конденсатора при температурах T1 и T2. Тем­пературный коэффициент емкости может быть положительным и отрицательным  Таблица 21

Код
Допустимое отклонение,
%
Код
Допустимое отклонение,
1
 Код
 
Допустимое от­клонение, %
Ж
±0,1
И
±5
Э
+50 — 10
У
±02
С
±10
Б
+50 — 20
Д
±0,5
В
±20
А
+80 — 20
Р
±1
Ф
±30
Я
+100 — 0
Л
±2
 —
—
10
+100 — 10

Сопротивление изоляции конденсатора RИз (МОм) зависит от качества диэлектрика, определяется отношением напряжения постоянного тока U(B), приложенного к конденсагору, к току утечки IУт (мкА) и выражается в мегаомах или гигаомах: С увеличением влажности и температуры окружающей среды сопротивление изоляции снижается. Для конденсаторов с оксидным диэлектриком (электролитических) вместо сопротивления изоляции RИз иногда нормируется ток утечки. Для конденсаторов емкостью выше 0,33 мкФ вводится параметр постоянная времени г, опреде­ляемый как произведение сопротивления изоляции (МОм) на ем­кость конденсатора (мкФ): т=RизС Физически постоянная време­ни определяется качеством диэлектрика и представляет собой вре­мя, за которое конденсатор, заряженный до напряжения U0, будет самозаряжаться на сопротивление изоляции между его обкладка­ми до U«0,37 Uо
Потери энергии в конденсаторе складываются из потерь энер-гии в диэлектрике и обкладках В процессе эксплуатации часть подводимой к конденсатору энергии переменного тока расходуется на его нагрев, сопровождаемый рассеиванием тепла в окружающую среду. Поэтому векторы переменного тока I, проходящего через конденсатор, и приложенного к нему напряжения U сдвинуты на угол ф<90° (см.рис. 4). В конденсаторе без потерь векторы тока Iр и напряжения V сдвинуты на 90 °. Угол о, дополняющий фазовый угол ф до 90°, называют углом диэлектрических потерь. Тангенсом угла 6 характеризуют потери энергии в конденсаторе, работающем в цепи переменного тока. Потери энергии или расходуемая в ди­электрике активная мощность (Вт) где U — действующее напряжение, приложенное к конденсатору, В; со — частота синусоидального тока, Гц; С — емкость конденсатора, Ф, tg б — тангенс угла потерь. Потери энериш гриводят к нагреву, ухудшающему качество диэлектрика, что снижает электрическую прочность конденсатора, определяемую способностью диэлектрика выдерживать электричес­кое поле без пробоя Электрическая прочность оценивается пробивным, испытатель­ным и номинальным (рабочим) напряжениями
Напряжение, при плавном подъеме которого происходит про­бой конденсатора, называют пробивным. По выявленному пробивному напряжению устанавливают испытательное напряжение, ко­торое конденсаторы выдерживают в течение определенного временя (обычно 10 с). Оно близко к пробивному и определяет электричес­кую прочность конденсатора. В основном электрическая прочность зависит от качества и толщины диэлектрика, а также от площади обкладок и условий теплоотдачи, Проверка испытательным- напря­жением позволяет отбраковывать конденсаторы с низкой электри­ческой прочностью. Напряжение, при котором конденсатор может надежно рабо­тать в течение гарантированного срока с сохранением основных па­раметров, называют номинальным или рабочим. Собственная индуктивность конденсатора обусловлена индук­тивностью выводов, обкладок. На высоких частотах эта индуктив­ность вместе с емкостью конденсатора может вызвать резонанс. Резонансная частота конденсатора должна быть выше рабочей частоты схемы, в которой он используется. Для снижения собствен­ной индуктивности в конденсаторах укорачивают вводы, а в бу­мажных используют бифилярную намотку токопроводящей фольги.