Сегодня на рынке электронных компонентов существует много разных типов конденсаторов, и каждый тип обладает своими собственными преимуществам и недостатками. Некоторые способны работать при высоких напряжениях, другие отличаются значительной емкостью, у третьих мала собственная индуктивность, а какие-то характеризуются исключительно малым током утечки. Все эти факторы определяют области применения конденсаторов конкретных типов.

Рассмотрим, какие же бывают типы конденсаторов. Вообще их очень много, но здесь мы рассмотрим основные популярные типы конденсаторов, и разберемся, как этот тип определить.

Конденсаторы алюминиевые электролитические, например К50-35 или К50-29, состоят из двух тонких полосок алюминия, скрученных в рулон, между которыми в качестве диэлектрика помещается пропитанная электролитом бумага. Рулон помещается в герметичный алюминиевый цилиндр, на одном из торцов которого (радиальный тип корпуса) или на двух торцах которого (аксиальный тип корпуса) располагаются контактные выводы. Выводы могут быть под пайку либо под винт.

Ёмкость электролитических конденсаторов измеряется микрофарадами, и может быть от 0.1 мкф до 100 000 мкф. Значительная емкость электролитических конденсаторов, по сравнению с другими типами конденсаторов, и является их главным преимуществом.

Максимальное рабочее напряжение электролитических конденсаторов может достигать 500 вольт. Максимально допустимое рабочее напряжение, как и емкость конденсатора, указываются на его корпусе.

Есть у этого типа конденсаторов и недостатки. Первый из которых — полярность. На корпусе конденсатора отрицательный вывод помечен знаком минус, именно этот вывод должен быть, при работе конденсатора в схеме под более низким потенциалом, чем другой, или конденсатор не сможет нормально накапливать заряд, и скорее всего взорвется, или будет в любом случае испорчен, если долго держать его под напряжением неверной полярности.

Именно по причине полярности, электролитические конденсаторы применимы лишь в цепях постоянного или пульсирующего тока, но никак не напрямую в цепях переменного тока, только выпрямленным напряжением можно заряжать электролитические конденсаторы.

Второй недостаток конденсаторов этого типа — высокий ток утечки. По этой причине не получится использовать электролитический конденсатор для длительного хранения заряда, но он вполне подойдет в качестве промежуточного элемента фильтра в активной схеме.

Третьим недостатком является то, что емкость конденсаторов этого типа снижается с ростом частоты (пульсирующего тока), но эта проблема решается установкой на платах параллельно электролитическому конденсатору еще и керамического конденсатора сравнительно небольшой емкости, обычно в 10000 меньшей, чем у стоящего рядом электролитического.

Теперь поговорим о танталовых конденсаторах. Примером могут служить К52-1 или smd А. В их основе пентаоксид тантала. Суть в том, что при окислении тантала образуется плотная не проводящая оксидная пленка, толщину которой можно технологически контролировать.

Твердотельный танталовый конденсатор состоит из четырех основных частей: анода, диэлектрика, электролита (твердого или жидкого) и катода. Технологическая цепочка при производстве довольно сложна. В начале создают анод из чистого прессованного танталового порошка, который спекают в глубоком вакууме при температуре от 1300 до 2000°C, чтобы получилась пористая структура.

Затем, путем электрохимического окисления, на аноде формируют диэлектрик в виде пленки пентаоксида тантала, толщину которой регулируют меняя напряжение в процессе электрохимического окисления, в результате толщина пленки получается всего от сотен до тысяч ангстрем, но пленка имеет такую структуру, что обеспечивает высокое электрическое сопротивление.

Следующий этап — формирование электролита, которым выступает полупроводник диоксид марганца.

Солями марганца пропитывают танталовый пористый анод, затем его подвергают нагреву, чтобы диоксид марганца появился на поверхности; процесс повторяют несколько раз до получения полного покрытия.

Полученную поверхность покрывают слоем графита, затем наносят серебро — получается катод. Структуру затем помещают в компаунд.

Танталовые конденсаторы похожи свойствами на алюминиевые электролитические, однако имеют особенности. Их рабочее напряжение ограничено 100 вольтами, емкость не превышает 1000 мкф, собственная индуктивность у них меньше, поэтому применяются танталовые конденсаторы и на высоких частотах, достигающих сотен килогерц.

Недостаток их заключается в крайней чувствительности к превышению максимально допустимого напряжения, по этой причине танталовые конденсаторы выходят из строя чаще всего из-за пробоя.

Линия на корпусе танталового конденсатора обозначает положительный электрод — анод. Выводные или SMD танталовые конденсаторы можно встретить на современных печатных платах многих электронных устройств.

Керамические однослойные дисковые конденсаторы, например типов К10-7В, К10-19, КД-2, отличаются относительно большой емкостью (от 1 пф до 0,47 мкф) при малых размерах. Их рабочее напряжение лежит в диапазоне от 16 до 50 вольт.

Их особенности: малые токи утечки, низкая индуктивность, дающая им возможность работать при высоких частотах, а также малые размеры и высокая температурная стабильность емкости.

Такие конденсаторы успешно работают в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока.

Тангенс угла потерь tgδ не превышает обычно 0,05, а максимальный ток утечки – не более 3 мкА. Керамические конденсаторы устойчивы в внешним факторам, таким как вибрация с частотой до 5000 Гц с ускорением до 40 g, многократные механические удары и линейные нагрузки.

Керамические дисковые конденсаторы широко применяются в сглаживающих фильтрах источников питания, при фильтрации помех, в цепях межкаскадной связи, и почти во всех радиоэлектронных устройствах.

Маркировка на корпусе конденсатора обозначает его номинал. Три цифры расшифровываются следующим образом. Если две первые цифры умножать на 10 в степени третьей цифры, то получится значение емкости данного конденсатора в пф. Так, конденсатор с маркировкой 101 имеет емкость 100 пф, а конденсатор с маркировкой 472 — 4,7 нф.

Керамические многослойные конденсаторы, например К10-17А или К10-17Б, в отличие от однослойных, имеют в своей структуре чередующиеся тонкие слои керамики и металла. Их емкость поэтому больше, чем у однослойных, и может легко достигать нескольких микрофарад.

Максимальное напряжение также ограничено здесь 50 вольтами. Конденсаторы этого типа способны, так же как и однослойные, исправно работать в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока.

Высоковольтные керамические конденсаторы способны работать при высоком напряжении от 50 до 15000 вольт. Их емкость лежит в диапазоне от 68 до 100 нф, и работать такие конденсаторы могут в цепях постоянного, переменного или пульсирующего тока.

Их можно встретить в сетевых фильтрах в качестве X/Y конденсаторов, а также в схемах вторичных источников питания, где они используются для устранения синфазных помех и поглощения шума если схема высокочастотная. Порой без применения этих конденсаторов, выход из строя устройства может угрожать жизни людей.

Особый тип высоковольтных керамических конденсаторов — конденсатор высоковольтный импульсный, применяемый для мощных импульсных режимов. Примером таких высоковольтных керамических конденсаторов являются отечественные К15У, КВИ и К15-4.

Эти конденсаторы способны работать под напряжением до 30000 вольт, а высоковольтные импульсы могут следовать с высокой частотой, до 10000 импульсов в секунду. Керамика обеспечивает надежные диэлектрические свойства, а особая форма конденсатора и расположение обкладок препятствует пробою снаружи.

Такие конденсаторы весьма популярны в качестве контурных в мощной радиоаппаратуре и очень приветствуются, например, тесластроителями (для конструирования катушек Тесла на искровом промежутке или на лампах, — SGTC, VTTC).

Полиэстеровые (полиэтилентерефталат, лавсан) конденсаторы, например K73-17 или CL21, на основе металлизированной пленки широко применяются в импульсных блоках питания и электронных балластах. Их корпус из эпоксидного компаунда придает конденсаторам влагостойкости, теплостойкости и делает их устойчивыми к воздействию агрессивных сред и растворителей.

Полиэстеровые конденсаторы выпускаются емкостью от 1 нф до 15 мкф, и рассчитаны на напряжение от 50 до 1500 вольт.

Их отличает высокая температурная стабильность при высокой емкости и небольших размерах. Цена полиэстеровых конденсаторов не высока, поэтому они весьма популярны во многих электронных устройствах, в частности в балластах энергосберегающих ламп.

Маркировка конденсатора содержит на конце букву, обозначающую допуск по отклонению емкости от номинальной, а также букву и цифру в начале маркировки, обозначающие допустимое максимальное напряжение, например 2А102J – конденсатор на максимальное напряжение 100 вольт, емкостью 1 нф, допустимое отклонение емкости +-5%. Таблицы для расшифровки маркировки можно легко найти в интернете.

Широкий диапазон емкостей и напряжений, дает возможность использования полиэстеровых конденсаторов в цепях постоянного, переменного и импульсного токов.

Полипропиленовые конденсаторы, например К78-2, в отличие от полиэстеровых, в качестве диэлектрика имеют полипропиленовую пленку. Конденсаторы этого типа выпускаются емкостью от 100 пф до 10 мкф, а напряжение может достигать 3000 вольт.

Преимущество этих конденсаторов заключается не только в высоком напряжении, но и в чрезвычайно низком тангенсе угла потерь, поскольку tgδ может не превышать 0,001. Такие конденсаторы широко используются, например, в индукционных нагревателях, и могут работать на частотах измеряемых десятками и даже сотнями килогерц.

Отдельного упоминания заслуживают пусковые полипропиленовые конденсаторы, такие например, как CBB-60. Эти конденсаторы используют для пуска асинхронных двигателей переменного тока. Они наматываются металлизированной полипропиленовой пленкой на пластиковый сердечник, затем рулон заливается компаундом.

Корпус конденсатора выполнен из материала не поддерживающего горение, то есть конденсатор полностью пожаробезопасный и подходит для работы в тяжелых условиях. Выводы могут быть как проводными, так и под клеммы и под болт. Очевидно, конденсаторы этого типа предназначены для работы на промышленной сетевой частоте.

Пусковые конденсаторы выпускаются на переменное напряжение от 300 до 600 вольт, а диапазон типичных емкостей — от 1 до 1000 мкф.

Источник

Конденсаторы поверхностного монтажа

Конденсаторы — это радиоэлементы, способные накапливать электрический разряд. Однако в радиотехнике основным полезным свойством конденсаторов является то, что они способны пропускать переменный ток одновременно не пропуская постоянный. Кроме того они могут являться составной частью радиотехнических фильтров. В зависимостьи от их задачи меняются и требования к конденсаторам.

Как известно из общего курса физики, простейший конденсатор представляет собой параллельные пластины металла, разделенные диэлектриком. Металлические пластины конденсатора обычно называются его обкладками. Внутреннее устройство плоского конденсатора приведено на рисунке 1.

Рисунок 1. Внутреннее устройство плоского конденсатора

Емкость конденсатора зависит от площади металлических пластин, нанесенных на диэлектрик, и расстояния между ними (толщины диэлектрика). Данная зависимость описывается следующей формулой:

Наиболее распространенными в настоящее время являются керамические конденсаторы поверхностного монтажа. Конструктивно они представляют собой параллельное соединение плоских конденсаторов, нанесенных на керамическую подложку. Параллельное соединение позволяет увеличивать емкость конденсатора, не увеличивая при этом площадь, занимаемую конденсатором на печатной плате. Упрощенное внутреннее устройство конденсаторов поверхностного монтажа (smd конденсаторов) приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Внутреннее устройство керамического smd конденсатора

Рисунок 3. Процесс создания керамического smd конденсатора

Основным параметром конденсатора является его емкость, измеряемая в зависимости от ее величины в пикофарадах (), нанофарадах () и микрофарадах ()

Не менее важным параметром (особенно в условиях микроминиатюризации) являются габариты конденсатора. Сейчас в основном применяются резисторы поверхностного монтажа. Их размеры обычно стандартизованы и совпадают с типоразмерами smd резисторов. Однако есть исключения. В качестве примера можно назвать конденсаторы фирмы American technical ceramics (ATC) [1]

Емкости конденсаторов в зависимости от схемы, где они применяются, требуются различных номиналов. При изготовлении конденсатора необходимо получить требуемую емкость. Емкости небольших значений (единицы и десятки пикофарад) получаются достаточно легко. В этом случае возможно в качестве диэлектрика, разделяющего обкладки конденсатора можно применить высококачественную высокочастотную керамику. В результате получаются конденсаторы с высокими качественными параметрами. Изменение емкости конденсатора возможно изменением площади обкладок конденсатора и уменьшением расстояния между обкладками (уменьшением толщины диэлектрика). Уменьшение толщины диэлектрика одновременно приводит к уменьшению предельного напряжения конденсатора.

При увеличении емкости конденсатора при заданных его размерах (а в smd-конденсаторах они жестко определены) наступает технологический предел уменьшения толщины диэлектрика и увеличения площади обкладок конденсатора. Дальнейшее увеличение емкости (до величин порядка нескольких тысяч пикофарад) возможно только увеличением диэлектрической проницаемости диэлектрика. В качестве аналогии можно назвать, что увеличение индуктивности катушки можно осуществить при помощи ферромагнетика. Диэлектрики с подобными электрическими свойствами называются сегнетоэлектриками. Некоторые виды керамики, обладающие большим значением диэлектрической проницаемости диэлектрика приведены в таблице 1.

Таблица 1. Электромеханические параметры некоторых видов керамики.

Из приведенной таблицы видов керамики видно, что за счет применения подобной керамики без увеличения размеров можно увеличить емкость конденсаторов поверхностного монтажа (smd конденсаторов) до двух тысяч раз. Ценой увеличения удельной емкости конденсаторов будет нелинейность полученной емкости. Это связано с тем, что амплитудная характеристика сегнетоэлектриков, в том числе и титаната бария нелинейна. Кроме того она обладает гистерезисом. Эти явления могут привести к существенному ухудшению параметров радиоэлектронной аппаратуры, таких как интермодуляционные искажения передатчиков сотовых аппаратов и базовых станций и ухудшение многосигнальной избирательности радиостанций. Кроме того, конденсаторы, выполненные на подобных видах керамики способны преобразовывать звуковые колебания и вибрацию в электрические сигналы за счет пьезоэффекта.

Следующим видом конденсаторов большой емкости являются электролитические конденсаторы поверхностного монтажа. В основном электролитические конденсаторы поверхностного монтажа реализуются как танталовые конденсаторы, немного реже — полимерные конденсаторы поверхностного монтажа.

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Конденсаторы поверхностного монтажа» читают:

Источник