Прародителями конденсаторов можно считать немецкого служителя католической церкви по имени Эвальд Юрген фон Клейст и голландского физика Питера ван Мушенбрука, которые независимо друг от друга изобрели прототип конденсатора, так называемую лейденскую банку.
С тех пор минуло более 250 лет, менялись конструкции, формы и размеры, а принцип действия и назначение остаётся прежним. Практически ни одна электрическая схема не обходится без этого пассивного электронного компонента — так называет конденсатор «Википедия» и учебники по электротехнике.
Простейшее емкостное устройство имеет электроды, которые именуются обкладками. Они разделены диэлектриком очень малой толщины (по отношению к размерам обкладок). На практике имеют место многослойные конденсаторы или чередующиеся ленты из изоляторов и электродов.
Классификация конденсаторов
Конденсаторы бывают следующих типов:
- электролитические, например К50-35 или К50-2;
- керамические однослойные (К10-7В);
- керамические многослойные (К10-17);
- танталовые;
- плёночные конденсаторы.
Что такое конденсатор плёночный, функциональное назначение и область его применения — обо всём подробно описывают учебники по электротехнике, здесь будут даны краткие характеристики.
Плёночный конденсатор – элемент, диэлектриком в котором служит плёнка. Она может быть выполнена, например, из фторопласта.
Классификация
Основные параметры конденсаторных изделий определяются типом диэлектрика. От материала зависит стабильность ёмкости, тангенс диэлектрических потерь, пьезоэффект и другие. Исходя из этого, классификацию моделей целесообразно осуществлять именно по виду диэлектрика.
По данному признаку различают следующие типы изделий:
- вакуумные;
- с воздушным диэлектриком;
- радиоэлементы, в которых диэлектриком является жидкость;
- с твёрдым неорганическим диэлектриком (стекло, слюда, керамика). Характеризуются малым током утечки;
- модели с бумажным диэлектриком и комбинированные, бумажно-плёночные;
- масляные конденсаторы постоянного тока;
- электролитические;
- категория оксидных конденсаторов, к которым относятся оксидно-полупроводниковые и танталовые конденсаторы;
- твёрдотельные, у которых вместо жидкого электролита используется органический полимер или полимеризованный полупроводник.
Втвёрдотельных моделях срок службы больший, чем у жидко-электролитических и составляетоколо 50 000 часов. У них меньшее внутренне сопротивление, то есть ЭПС почтине зависит от температуры, они не взрываются.
Классифицируют изделия и по другому важному параметру – изменению ёмкости. По данному признаку различают:
- постоянные конденсаторы, то есть те, которые имеют постоянную емкость;
- переменные, у которых можно управлять изменением ёмкости механическим способом либо с помощью приложенного напряжения (варикапы и вариконды), а также путём изменения температуры (термоконденсаторы);
- класс подстроечных конденсаторов, которые используют для подстройки или выравнивания рабочих ёмкостей при настройке контуров, а также с целью периодической подстройки различных схем.
Все существующие конденсаторы можно условно разделить на общие и специальные. К изделиям общего назначения относятся самые распространённые низковольтные конденсаторы (см. рис. 6). К ним не предъявляют особых требований.
Рис. 6. Конденсаторы общего назначения
Все остальные ёмкостные радиоэлементы принадлежат к классу специального назначения:
- импульсные;
- пусковые;
- высоковольтные (см. рис. 7);
- помехоподавляющие,
- дозиметрические и др.;
Рис. 7. Высоковольтные конденсаторы
Изображённые на фото устройства могут работать в высоковольтных цепях сравнительно низкой частоты.
Пленочные конденсаторы
Чем больше площадь обкладок конденсатора, тем значительней его емкость. Для увеличения площади были предложены пленочные устройства. За счёт большого количества слоёв достигается увеличение площади, следовательно, приумножается ёмкость.
К плёночным относятся конденсаторы типа К73-17. Исполнения на различные пределы напряжений дают возможность применять их в цепях постоянного тока,а так же в различных фильтрах и резонансных схемах. Ёмкостные истосники питания и выпрямительные схемы тоже содержат компоненты подобного типа. На рисунке показаны конденсаторы на напряжение 63 В.
Диэлектрик, который может быть использован для плёночного конденсатора: тефлон, поликарбонат, металлизированная бумага, майлар, полипропилен. Диапазон емкостей, измеряемых в фарадах, широк. Он колеблется от 5 пикофарад (это минимально возможная величина) до максимального размера в 100 микрофарад. Также при подборе характеристик учитывается номинальное напряжение, которое тоже имеет широкие пределы. Довольно часто в различных областях оправдано применение высоковольтных конденсаторов, величина напряжения которых достигает 2000 вольт.
Различные способы размещения слоев диэлектрика и обкладок пленочного конденсатора дают право классифицировать их на аксиальные и радиальные. Корпусы бывают как в металлические, так и пластмассовые. Форма — прямоугольная и цилиндрическая. Имеет место вариант без корпуса с покрытием из эпоксидного компаунда.
Виды конденсаторов
Конденсатор — это две металлические пластины, разделённые диэлектриком. Различают их по типу диэлектрика, материалу корпуса и способу производства пластин. Есть такие типы конденсаторов:
- Бумажные. Пластины в нём — металлическая фольга, а диэлектрик — специальная бумага. Запаиваются они обычно в металлический корпус, так как прочностью не отличаются. Нормально себя ведут как в низкочастотных цепях, так и в высокочастотных.
- Металлобумажные. Отличаются тем, что на бумагу нанесено металлическое напыление. Они более надёжны, при одинаковых размерах с бумажными имеют большую ёмкость.
- Электролитические. На металлическую фольгу (тантал или алюминий) наносится оксид, который и выполняет роль диэлектрика. Второй слой диэлектрика — электролит. Он может быть сухим или жидким. Обычно электролитическими называют с жидким электролитом. Электролитические конденсаторы практически всегда поляризованы. И при их подключении, обязательно соблюдать полярность. В противном случае они просто выйдут из строя. Бывают такие подвиды: Хотя конденсаторы с сухим электролитом относятся к тому же типу, их обычно называют танталовыми. Именно с танталом обычно применяют сухой электролит.
- Алюминиевые электролитические конденсаторы. Это когда на алюминиевую фольгу нанесён триоксид алюминия. Они имеют большую ёмкость при малых размерах, но применяться могут только в низкочастотных схемах. И ещё один недостаток — большой ток утечки.
- Танталовыми правильно называть конденсаторы из танталовой фольги, в которых диэлектрик — пентоксид тантала. Они так же компактны, как и алюминиевые, но имеют более низкий ток утечки. И ещё — они более прочные механически.
Это все виды конденсаторов, которые можно встретить сейчас в продаже и на платах. Как видите, их немало и выглядят они совсем по-разному. Так как часть проблем с техникой связана с выходом их из строя, то неплохо было бы разбираться в их маркировке. Так уйдёт меньше времени на поиск замены.
Преимущества
Очень важное свойство плёночного конденсатора — это способность самовосстаналиваться, что даёт возможность защитить радиоэлемент от преждевременного отказа. Тем самым обеспечивается высокая его надёжность, если сравнивать с другими типами. Другое замечательное свойство — большая тепловая стабильность и хорошие электрохимические свойства Также они обладают низким последовательным сопротивлением и достаточной способностью к нагрузкам по переменному току, что уменьшает нагрев при работе. Все указанные преимущества позволяют широко применять данные типы в радиоэлектронике, вычислительной и электроизмерительной технике и во многих других отраслях, связанных с применением схемотехники. Недостатки: малая диэлектрическая проницаемость.
Паразитные параметры конденсаторов
Конденсаторы, помимо основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», которые искажают рабочие свойства колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.
К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые разделяются на следующие составляющие:
- Электрическое сопротивление изоляции (r), которое определяется по формуле: r = U/Iут, в которой U – напряжение источника питания, Iут – ток утечки.
- Эквивалентное последовательное сопротивление (ЭПС, англ. ESR). Эта величина зависит от электрического сопротивления материала обкладок, выводов, контактов между ними, потерями в диэлектрическом слое. ЭПС возрастает с ростом частоты тока, подаваемого на накопитель. В большинстве случаев эта характеристика не принципиальна. Исключение составляют электролитические накопители, устанавливаемые в фильтрах импульсных блоков питания.
- Эквивалентная последовательная индуктивность – L. На низких частотах этот параметр, обусловленный собственной индуктивностью обкладок и выводов, не учитывается.
К паразитным параметрам также относится Vloss – незначительная величина, выражаемая в процентах, которая показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.
Проверка работоспособности конденсатора
Проще всего проверить исправность радиоэлемента при помощи мультиметра. В режиме проверки ёмкости, который имеется на современных цифровых приборах, можно достаточно быстро определить, пригоден ли радиоэлемент для дальнейшего использования. Используя стрелочный тестер, необходимо проследить отклонение стрелки. После небольшого скачка она возвращается в положение «0» или есть небольшое отклонение. Это говорит о неисправности (пробое). Такой компонент использовать нельзя из-за угрозы возникновения короткого замыкания в цепи. Если стрелка слегка отклоняется, но не достигает бесконечности, здесь присутствует так называемый ток утечки, а емкость маловата. При использовании такого элемента неэффективная работа приведёт к тому, что функции будут реализованы не на 100%. Применение такого конденсатора нецелесообразно.
Как проверить плёночный конденсатор, если он запаян на плате? Присоединив в цепь параллельно исправный, подобный испытуемому элемент, можно сделать вывод о необходимости замены и понять, работоспособен ли прежний компонент.
Маркировка
Ёмкость конденсатора обычно указана на корпусе. Производитель вправе сам решать, что включить в маркировку. Чтобы разобраться, следует внимательно изучить технические условия или иную техническую документацию на плёночный конденсатор. В международной системе принято измерять её в фарадах (от имени знаменитого физика Майкла Фарадея). Но 1 фарада — это большая емкость. Чтобы облегчить задачу, принято использовать частицы: пико-, микро-, нано-, например, ёмкость конденсатор плёночного в 100 нф будет равна 10-7 Ф.
В случае, если маркировка пленочного конденсатора нечёткая вследствие потёртостей, можно узнать значение этой характеристики при помощи мультиметра с функцией замера емкости. Обычно мультиметр располагает пятью пределами. При тестировании щупы подключают к специальным штекерам для измерения емкости с обозначением Сх. Необходимо строго соблюдать полярность. Иногда вместо гнезд на панели имеются металлические пластины, к которым нужно подсоединить выводы конденсатора, не забывая про полярность.
Конденсаторы пленочные достаточно широко используются для работы в различных цепях постоянного и переменного тока, в бытовой аппаратуре и радиоэлектронике, в конструкциях на печатных платах. Множество модификаций и разнообразие габаритных размеров позволяет применять их практически без ограничений в любых конструкциях.
