Конденсатор характеристики: Характеристики конденсаторов и каких типов они бывают

• Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд. В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками. Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до тысяч микрофарад. Однако существуют конденсаторы (ионисторы) с ёмкостью до десятков фарад.
• Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.
• Плотность энергии электролитического конденсатора зависит от конструктивного исполнения. Максимальная плотность достигается у больших конденсаторов, где масса корпуса невелика по сравнению с массой обкладок и электролита.
• Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение — значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах. Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается, что связано с увеличением тепловой скорости движения носителей заряда и, соответственно, снижению требований для образования электрического пробоя.
• Полярность. Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность ёмкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

• Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).
• Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
• Конденсаторы с жидким диэлектриком.
• Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком: стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклоплёночные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических плёнок.
• Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком: бумажные, металлобумажные, плёночные, комбинированные — бумажноплёночные, тонкослойные из органических синтетических плёнок.
• Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы. Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов, прежде всего, большой удельной ёмкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесённый непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спечённого порошка. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C. Твердотельные конденсаторы — вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. ЭПС меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Последовательное соединение конденсаторов.

При последовательном соединении конденсаторов уменьшается общая емкость и увеличивается общее напряжение конденсаторов. Общая емкость при последовательном соединении конденсаторов будет вычисляться по формуле:

Общее напряжение будет равняться сумме напряжений всех конденсаторов.

Например: мы имеем три конденсатора по 30 мкФ x 100 В каждый. При их последовательном соединении общий конденсатор будет иметь следующие данные: 10 мкФ x 300 В.

Параллельное соединение конденсаторов.

При параллельном соединении общая емкость конденсаторов складывается, а допустимое напряжение всего набора будет равно напряжению конденсатора, имеющего самое низкое значение допустимого напряжения из всего набора.

Например: мы имеем три конденсатора 30 мкФ x 100 В, соединённые параллельно. Параметры всего набора конденсаторов в этом случае будут следующие: 90 мкФ x 100 В.

Соединение более двух конденсаторов последовательно редко встречается в реальных схемах. Хотя для увеличения общего напряжения такой набор может встретиться в высоковольтных источниках питания. А вот в низковольтных источниках довольно часто встречается параллельное соединение нескольких конденсаторов для сглаживания пульсаций после выпрямления при больших токах потребления.

Обратите внимание, формулы вычисления емкости последовательного и параллельного соединения конденсаторов в точности обратны формулам вычисления сопротивления при последовательном и параллельном соединении резисторов.

Понравилась статья? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях. А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.

До встречи в следующем уроке. Спасибо за внимание!

Технологии начинаются с простого!

Понравилась статья? Поделитесь ею с друзьями:

Частотные характеристики конденсаторов. Импеданс и ESR

   Частотные характеристики конденсаторов являются важными параметрами, которые необходимы для разработки схем. Понимание частотных характеристик конденсатора позволит вам определить, например, какие шумы может подавлять конденсатор или какие флуктуации напряжения цепи питания он может контролировать. Эта статья описывает два типа частотных характеристик: |Z| (импеданс или полное сопротивление) и ESR (эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора).

   Импеданс Z идеального конденсатора определяется формулой 1, где ω — угловая частота, а C — емкость конденсатора.

Рисунок 1. Идеальный конденсатор

(1)

   Из формулы 1 видно, что с увеличением частоты импеданс конденсатора уменьшается. Это показано на рисунке 1. В идеальном конденсаторе нет потерь и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) равно нулю.

Рисунок 2. Частотная характеристика идеального конденсатора

   В реальном конденсаторе (рис. 3) существует некоторое сопротивление (ESR), вызванное диэлектрическими потерями, потерями на сопротивлении обкладок конденсатора и потерями связанные с сопротивлением утечки, а также паразитная индуктивность (ESL) выводов и обкладок конденсатора. В результате частотная характеристика импеданса принимает V образную форму (или U образную в зависимости от типа конденсатора), как показано на рисунке 4.Также на рисунке показана частотная характеристика ESR.

Рисунок 3. Реальный конденсатор

Рисунок 4. Пример частотной характеристики реального конденсатора

   Причина, по которой графики |Z| и ESR имеют такой вид как на рисунке 4, можно объяснить следующим образом.

Низкочастотная область

   |Z| в этой области уменьшается обратно пропорционально частоте, как и в идеальном конденсаторе. Значение ESR определяется диэлектрическими потерями в конденсаторе.

Область резонанса

   При повышении частоты ESR, в результате паразитной индуктивности, сопротивления электродов и других факторов, вызывает отклонение |Z| от идеальной характеристики (красная пунктирная линия) и достигает минимального значения. Частота, на которой |Z| достигает минимума, называется собственной резонансной частотой и на этой частоте |Z| = ESR. После превышения собственной частоты резонанса, характеристика элемента меняется с емкостной на индуктивную и |Z| начинает повышаться. Область ниже собственной резонансной частоты называется емкостной областью, а область выше — индуктивной.
   В области резонанса к диэлектрическим потерям добавляются потери на электродах.

Высокочастотная область

   При дальнейшем увеличении частоты характеристика |Z| определяется паразитной индуктивностью конденсатора. В высокочастотной области |Z| увеличивается пропорционально частоте, согласно формуле 2. Что касается ESR, в этой области начинают проявляться скин-эффект , эффект близости и другие.

(2)

   Итак, мы рассмотрели частотную характеристику реального конденсатора. Здесь важно запомнить, что c повышением частоты ESR и ESL уже нельзя игнорировать. Поскольку существуют большое количество приложений, в которых конденсаторы используются на высоких частотах, ESR и ESL становятся важными параметрами, характеризующими конденсатор помимо значения его емкости.

   Паразитные составляющие реальных конденсаторов имеют различное значение в зависимости от их типа. Давайте посмотрим на частотные характеристики разных конденсаторов. На рисунке 5 показаны графики |Z| и ESR для конденсаторов емкостью 10 мкФ. Все конденсаторы, кроме пленочных, планарные (SMD).

Рисунок 5. Частотные характеристики конденсаторов разных типов.

   Для всех типов конденсаторов |Z| ведет себя одинаково до частоты 1 кГц. После 1 кГц импеданс увеличивается сильнее в алюминиевых и танталовых электролитических конденсаторах, чем в монолитных керамических и пленочных конденсаторах.
   Это происходит из-за того, что алюминиевые и танталовые конденсаторы имеют высокое удельное сопротивление электролита и большое ESR. В пленочных и монолитных керамических конденсаторах используются металлические материалы для электродов и, следовательно, они обладают очень маленьким ESR.
   Монолитные керамические конденсаторы и пленочные показывают примерно одинаковые характеристики до точки собственного резонанса, но у монолитных керамических конденсаторов резонансная частота выше, а |Z| в индуктивной области ниже.
   Эти результаты показывают, что импеданс монолитных керамических конденсаторов SMD типа в широком диапазоне частот имеет небольшое значение. Это делает их наиболее подходящими для высокочастотных приложений.

   Существует также несколько типов монолитных керамических конденсаторов, изготовленных из различных материалов и имеющих различную форму. Давайте посмотрим, как эти факторы влияют на частотные характеристики.

ESR

   ESR в емкостной области зависит от диэлектрических потерь, вызванных материалом диэлектрика. 2-й класс диэлектрических материалов на основе сегнетоэлектриков имеет высокую диэлектрическую постоянную и, как правило, высокое ESR. 1-ый класс материалов — температурно-компенсированные материалы на основе параэлектриков — имеют низкие диэлектрические потери и низкое ESR.
На высоких частотах в области резонанса и индуктивной области, в дополнение к сопротивлению материала электродов, их форме и количеству слоев, ESR зависит от скин-эффекта и эффекта близости. Электроды часто делают из Ni, но для дешевых конденсаторов иногда применяют Cu, который тоже имеет низкое сопротивление.

ESL

   ESL монолитных керамических конденсаторов сильно зависит от внутренней структуры электродов. Если размеры внутренних электродов задаются длиной, шириной и толщиной, то индуктивность ESL может быть определена математически. Значение ESL уменьшается, когда электроды конденсатора короче, шире и тоньше.
   На рисунке 6 показана связь между номинальной емкостью и резонансной частотой различных типов монолитных керамических конденсаторов. Вы можете видеть, что при уменьшении размеров конденсатора собственная резонансная частота увеличивается, а ESL уменьшается для одинаковых значений емкости. Это означает, что небольшие конденсаторы короткой длины лучше подходят для высокочастотных приложений.

Рисунок 6.

   На рисунке 7 показан обратный LW конденсатор с короткой длиной L и большой шириной W. Из частотных характеристик, показанных на рисунке 8, можно увидеть, что LW конденсатор имеет меньший импеданс и лучшие характеристики, чем обычный конденсатор такой же емкости. С помощью LW конденсаторов можно достичь тех же характеристик, как у обычных конденсаторов, но меньшим числом компонентов. Уменьшение числа компонентов, позволяет сократить расходы и уменьшить монтажное пространство. 

Рисунок 7. Внешний вид обратного LW конденсатора.

Рисунок 8. |Z| и ESR обратного LW конденсатора и конденсатора общего назначения

По материалам фирмы Murata. 
Вольный перевод ChipEnable.Ru

ud_use

: характеристики и применение | MTI Instruments

Конденсаторы часто определяются их многочисленными характеристиками. Эти характеристики в конечном итоге определяют конкретное применение конденсаторов, температуру, диапазон емкости и номинальное напряжение. Огромное количество характеристик конденсатора вызывает недоумение. Кроме того, может быть очень сложно интерпретировать и понять информацию, напечатанную на корпусе конденсатора.

Конденсаторы бывают различных типов или семейств, и каждая из этих групп имеет свою собственную систему идентификации и характеристики.Некоторые из этих систем легко интерпретировать. Однако другие системы изобилуют символами, буквами и цветами, понимание которых может быть затруднительным.

Определение характеристик конденсатора обычно означает выяснение того, к какому семейству он принадлежит. Семейства конденсаторов включают:

• Пластик
• Керамика
• Пленка
• Электролитический

После того, как вы определили семейство, к которому принадлежит конденсатор, становится намного проще определить его характеристики.

Что касается конденсаторов, их может быть больше, чем кажется на первый взгляд. Например, то, что два конденсатора имеют одинаковое значение емкости, не означает, что они имеют одинаковое номинальное напряжение. Эта информация жизненно важна, потому что, если используется неправильный конденсатор (например, конденсатор с меньшим номинальным напряжением, используемый вместо конденсатора с более высоким номинальным напряжением), то конденсатор может быть поврежден и даже разрушен.

Характеристики конденсатора можно найти в технических паспортах, предоставленных производителем.Давайте рассмотрим несколько наиболее важных характеристик:

1) Рабочее напряжение, (WV)

Это важная характеристика конденсатора, которая дает определение максимального непрерывного напряжения (переменного или постоянного тока), которое может быть приложено к конденсатору без конденсатор выходит из строя. В большинстве случаев вы можете найти рабочее напряжение, напечатанное на боковой стороне корпуса конденсатора, отображающее его рабочее напряжение постоянного тока.

Поскольку переменное напряжение конденсатора ссылается на r.m.svalue, а не пиковое или максимальное значение (которое на 1,414 больше), значения напряжения переменного и постоянного тока обычно не совпадают для любого типа конденсатора.

Отказ может произойти, если какое-либо напряжение постоянного тока превышает рабочее. Отказ также может произойти, если имеет место чрезмерная пульсация переменного тока. В этом случае вполне естественно, что конденсатор будет иметь увеличенный срок службы, если он будет работать в пределах своего номинального напряжения в прохладной окружающей среде.

Общие рабочие напряжения постоянного тока включают:

• 10V
• 16V
• 25V
• 35V
• 50V
• 63V
• 100V
• 160V
• 250V
• 400V
• 1000V

Вы можете найти каждый из эти напряжения нанесены непосредственно на корпус конденсатора.

2) Ток утечки

Диэлектрики, используемые в конденсаторах, которые служат для разделения проводящих пластин, не являются идеальными изоляторами. Из-за этого небольшой ток или «утечка» протекает через диэлектрик под влиянием мощных электрических полей, которые накапливаются из-за заряда пластин при приложении постоянного напряжения питания.

Этот небольшой поток постоянного тока называется током утечки. По сути, ток утечки возникает, когда электроны проходят через диэлектрическую среду (обычно по краям).В конце концов, ток утечки полностью разрядит конденсатор, если напряжение питания исключить из уравнения.

В случае небольшой утечки, характерной для фольговых или пленочных конденсаторов, ток утечки называется «сопротивлением изоляции» (Rp), которое выражается как сопротивление высокой величины. Термин «ток утечки» обычно используется только тогда, когда поток электронов очень велик.

Ток утечки конденсатора — один из важнейших параметров цепей связи источника питания и усилителя.С учетом вышесказанного, лучшим выбором для систем хранения являются тефлон, полистирол, полипропилен и другие типы пластиковых конденсаторов.

С другой стороны, алюминиевые, танталовые и другие типы конденсаторов электролитического типа могут работать с очень высокими емкостями. Однако они подвержены высоким токам утечки. Из-за этого они не подходят для приложений связи или хранения. В заключение, ток утечки для алюминиевых электролитов будет увеличиваться при повышении температуры.

3) Допуск, (±%)

Допуск конденсатора выражается положительным или отрицательным значением. Они представляют собой пикофарады (± пФ), которые указывают на конденсаторы с низкими значениями (обычно менее 100 пФ) или в процентах (±%) для конденсаторов с более высокими значениями (обычно выше 100 пФ).

По сути, значение допуска — это полная степень отклонения емкости от номинального значения. В большинстве случаев уровень допуска может составлять от -20% до + 80%.Номинальные характеристики конденсаторов определяются тем, насколько они близки к фактическим значениям по сравнению с номинальной номинальной емкостью. Буквы и цветные полосы используются для обозначения фактического допуска. Обычные уровни допусков для конденсаторов составляют около 5% — 10%. Тем не менее, некоторые конденсаторы из пластика имеют рейтинг не более ± 1%.

4) Рабочая температура, (T)

Из-за изменений диэлектрических свойств колебания температуры будут иметь прямое влияние на значение емкости.Если окружающая температура становится слишком высокой или слишком низкой, значение емкости цепи может работать неправильно. Как правило, большинство конденсаторов хорошо работают при температуре от -30 ° C до + 125 ° C. Номинальное напряжение при рабочей температуре для пластиковых конденсаторов не более + 70oC.

Электролитические конденсаторы и алюминиевые электролитические конденсаторы подвержены деформации при высоких температурах из-за утечки и внутреннего давления. Кроме того, электролитические конденсаторы нельзя использовать при температурах ниже -10 ° C, потому что электролитный гель замерзнет.

5) Температурный коэффициент, (TC)

Температурный коэффициент конденсатора определяется максимальным изменением его емкости в определенном температурном диапазоне. Как правило, температурный коэффициент конденсатора определяется линейным образом в миллионных долях на градус Цельсия (PPM / oC). Его также можно определить как процентное изменение в определенном диапазоне температур.

Конденсаторы класса 2 имеют нелинейную природу. В результате их значения увеличиваются с повышением температуры, что дает им температурный коэффициент, который выражается как положительное значение «P.«В отличие от конденсаторов класса 2, некоторые конденсаторы фактически уменьшают свое значение при повышении температуры. В результате температурный коэффициент в этом случае будет выражен как отрицательное« N ».

Некоторые конденсаторы не изменяют свое значение. и будут оставаться постоянными в определенном диапазоне температур. Эти конденсаторы имеют нулевой температурный коэффициент и обозначаются как «NPO». Эти типы конденсаторов считаются классом 1.

В то время как подавляющее большинство конденсаторов теряют свою емкость, когда они становятся слишком горячий, существует исключение для конденсаторов температурной компенсации.Эти типы конденсаторов могут работать при температурах от P1000 до N5000 (от +1000 ppm / oC до -5000 ppm / oC).

Очень хорошо можно подключить конденсатор с положительным температурным коэффициентом параллельно конденсатору с отрицательным температурным коэффициентом. Когда это происходит, два противоположных эффекта в конечном итоге нейтрализуют друг друга. Конденсаторы с температурным коэффициентом приложения также могут использоваться для нейтрализации влияния других компонентов, расположенных в цепи, таких как резистор или катушка индуктивности.

6) Номинальная емкость (C)

Когда дело доходит до важности, номинальное значение емкости C конденсатора всегда будет занимать первое место среди характеристик конденсатора. Это значение можно измерить тремя способами:

• Микрофарады (мкФ)
• Пикофарады (мкФ)
• Нано-Фарады (мкФ)

Эти значения напечатаны буквами непосредственно на корпусе конденсатора. , числа и цветные полосы.

7) Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление AKA ESR — это импеданс конденсатора по переменному току, когда он используется на более высоких частотах.Он включает сопротивление постоянному току выводов клемм, сопротивление диэлектрического материала, сопротивление пластины конденсатора и сопротивление постоянному току соединений с диэлектриком; все они измеряются при определенной температуре и частоте.

Эквивалентное последовательное сопротивление определяет потери энергии «эквивалентного» последовательного сопротивления конденсатора. Таким образом, он должен определять общие тепловые потери I2R конденсатора. Это особенно актуально, когда задействованы силовые и коммутационные цепи.

Конденсаторы с высоким ESR менее способны пропускать ток к пластинам и от них во внешнюю цепь. Это связано с более длительной постоянной времени заряда / разряда RC. ESR электролитических конденсаторов будет постепенно увеличиваться со временем, поскольку электролит внутри начинает высыхать. При использовании в качестве фильтра рекомендуется использовать конденсатор с низким значением ESR.

8) Поляризация

Конденсатор Поляризация относится к конденсаторам электролитического типа (в основном алюминиевым электролитическим конденсаторам) в отношении их электрического соединения.Подавляющее большинство электролитических конденсаторов поляризованы, а это означает, что напряжение на выводах конденсатора должно иметь правильную полярность (положительный к положительному, отрицательный к отрицательному).

Неправильная поляризация может привести к разрушению оксидного слоя внутри конденсатора, что в конечном итоге приведет к протеканию через устройство больших токов. В результате конденсатор, скорее всего, выйдет из строя.

Большинство электролитических конденсаторов имеют отрицательную клемму, отмеченную стрелкой, полосой, черной полосой или шевронами.Они установлены для предотвращения возможных неправильных подключений к источнику постоянного тока.

Некоторые из более крупных электролитических конденсаторов с металлическим корпусом подключаются к отрицательной клемме. Это можно сделать, потому что металлический корпус изолирован электродами. Имейте в виду, что при использовании алюминиевых электролитов в сглаживающих цепях источника питания будьте осторожны, не позволяя пульсации переменного напряжения и сумме пикового постоянного напряжения превращаться в «обратное напряжение».

Вывод

Имейте в виду, что конденсаторы с небольшой емкостью (менее 0.01 мкФ) обычно не представляют опасности для людей. Однако, если емкость конденсатора превышает 0,01 мкФ, вас ждет шок! Все конденсаторы способны накапливать электрические заряды, которые принимают форму напряжения даже при отсутствии тока в цепи.

Как правило, никогда не прикасайтесь к выводам конденсаторов с большими номиналами, если отключено напряжение питания. Некоторые конденсаторы могут накапливать смертельные заряды напряжения. Если вы не уверены в состоянии большого конденсатора, с которым пытаетесь обращаться, всегда обращайтесь за помощью к эксперту.

Показанное изображение Кредит: Clker-Free-Vector-Images / Pixabay
В сообщении Изображение 1 Кредит: Elcap [CC0], из Wikimedia Commons
В сообщении Изображение 2 Кредит: Элкап [CC0], из Wikimedia Commons
В сообщении Изображение 3 Предоставлено: Stack Exchange
In Post Image 4 Кредит: Sakurambo [Public domain], из Wikimedia Commons In Post Image 2
In Post Image 5 Кредит: Jwratner1 в английской Википедии. [CC0], через Wikimedia Commons

Общие сведения о типах и характеристиках конденсаторов

Конденсаторы — это устройства хранения энергии, которые необходимы как для аналоговых, так и для цифровых электронных схем.Они используются для синхронизации, для создания и формирования формы сигналов, блокировки постоянного тока и связи сигналов переменного тока, фильтрации и сглаживания и, конечно же, для хранения энергии. В связи с широким спектром использования появилось множество типов конденсаторов с использованием различных материалов пластин, изолирующих диэлектриков и физических форм. Каждый из этих типов конденсаторов предназначен для определенного диапазона приложений. Большое разнообразие вариантов означает, что может потребоваться время, чтобы перебрать их все, чтобы найти оптимальный выбор для конструкции с точки зрения рабочих характеристик, надежности, срока службы, стабильности и стоимости.

Знание характеристик каждого типа конденсатора необходимо для того, чтобы правильно подобрать конденсатор для предполагаемого применения схемы. Эти знания должны охватывать электрические, физические и экономические характеристики конденсаторов.

В этой статье будут описаны различные типы конденсаторов, их характеристики и ключевые критерии их выбора. Примеры от Murata Electronics, KEMET, Cornell Dubilier Electronics, Panasonic Electronics Corporation и AVX Corporation будут использоваться для иллюстрации основных различий и атрибутов.

Что такое конденсатор?

Конденсатор — это электронное устройство, которое накапливает энергию во внутреннем электрическом поле. Это основной пассивный электронный компонент вместе с резисторами и индукторами. Все конденсаторы состоят из одной и той же базовой структуры — двух проводящих пластин, разделенных изолятором, называемым диэлектриком, который можно поляризовать с помощью электрического поля (рис. 1). Емкость пропорциональна площади пластины A и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами d.

Рис. 1. Основной конденсатор состоит из двух проводящих пластин, разделенных непроводящим диэлектриком, который накапливает энергию в виде поляризованных областей в электрическом поле между двумя пластинами. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Первым конденсатором был лейденский сосуд, разработанный в 1745 году. Он представлял собой стеклянный сосуд, покрытый металлической фольгой на внутренней и внешней поверхностях, и первоначально использовался для хранения статических электрических зарядов. Бенджамин Франклин использовал один, чтобы доказать, что молния — это электричество, что стало одним из первых зарегистрированных приложений.

Емкость основного конденсатора с параллельными пластинами можно рассчитать по уравнению 1:

Уравнение 1

Где:

C — емкость в фарадах

A — площадь пластины в квадратных метрах

d — расстояние между пластинами в метрах

ε — диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала

ε равно относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, ε _r , умноженной на диэлектрическую проницаемость вакуума, ε ₀ .Относительная диэлектрическая проницаемость ε _r, часто называется диэлектрической проницаемостью k.

Согласно уравнению 1, емкость прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости и площади пластины и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Для увеличения емкости можно увеличить площадь пластин и уменьшить расстояние между пластинами. Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость вакуума равна 1, а все диэлектрики имеют относительную диэлектрическую проницаемость больше 1, введение диэлектрика также увеличит емкость конденсатора.Конденсаторы обычно называют по типу используемого диэлектрического материала (Таблица 1).

Таблица 1: Характеристики распространенных типов конденсаторов, отсортированные по диэлектрическому материалу. (Источник таблицы: Digi-Key Electronics)

Некоторые примечания к записям столбца:

• Относительная диэлектрическая проницаемость или диэлектрическая проницаемость конденсатора влияет на максимальное значение емкости, достижимое для данной площади пластины и толщины диэлектрика.
• Диэлектрическая прочность — это оценка сопротивления диэлектрика пробою под напряжением в зависимости от его толщины.
• Минимально достижимая толщина диэлектрика влияет на максимальную емкость, которая может быть реализована, а также на напряжение пробоя конденсатора.

Конструкция конденсатора

доступны в различных физических конфигурациях монтажа, включая осевой, радиальный и поверхностный (рисунок 2).

Рис. 2. Конденсаторный монтаж или типы конфигурации включают осевой, радиальный и поверхностный. В настоящее время очень широко используется поверхностный монтаж.(Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Осевая конструкция основана на чередовании слоев металлической фольги и диэлектрика или диэлектрика, металлизированного с обеих сторон, свернутого в цилиндрическую форму. Соединения с токопроводящими пластинами могут осуществляться через вставленный язычок или круглую токопроводящую заглушку.

Радиальный тип обычно состоит из чередующихся металлических и диэлектрических слоев. Слои металла перекрываются на концах. Радиальная и осевая конфигурации предназначены для сквозного монтажа.

для поверхностного монтажа также используют чередующиеся проводящие и диэлектрические слои. Металлические слои на каждом конце соединены крышкой припоя для поверхностного монтажа.

Конденсаторная схема модели

Схема конденсатора включает в себя все три пассивных элемента схемы (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель цепи конденсатора состоит из емкостного, индуктивного и резистивного элементов. (Источник изображения: Digi-Key Electronics)

Модель цепи конденсатора состоит из последовательного резистивного элемента, представляющего омическое сопротивление проводящих элементов вместе с диэлектрическим сопротивлением.Это называется эквивалентным или эффективным последовательным сопротивлением (ESR).

Диэлектрические эффекты возникают при подаче на конденсатор сигналов переменного тока. Напряжение переменного тока вызывает изменение поляризации диэлектрика в каждом цикле, вызывая внутренний нагрев. Диэлектрический нагрев зависит от материала и измеряется как коэффициент рассеяния диэлектрика. Коэффициент рассеяния (DF) является функцией емкости конденсатора и ESR и может быть рассчитан с помощью уравнения 2:

Уравнение 2

Где:

X _C — емкостное реактивное сопротивление в Ом (Ом)

ESR — эквивалентное последовательное сопротивление (в Ом)

Коэффициент рассеяния зависит от частоты из-за члена емкостного реактивного сопротивления и является безразмерным, часто выражается в процентах.Более низкий коэффициент рассеяния приводит к меньшему нагреву и, следовательно, меньшим потерям.

Есть последовательный индуктивный элемент, называемый эффективной или эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL). Это представляет собой индуктивность выводов и проводящего пути. Последовательная индуктивность и емкость вызывают последовательный резонанс. Ниже последовательной резонансной частоты устройство в основном проявляет емкостное поведение, а выше — более индуктивное. Эта последовательная индуктивность может быть проблематичной во многих высокочастотных приложениях.Поставщики минимизируют индуктивность за счет использования многослойной конструкции, показанной в конфигурациях компонентов для радиального и поверхностного монтажа.

Параллельное сопротивление представляет собой сопротивление изоляции диэлектрика. Значения различных компонентов модели зависят от конфигурации конденсатора и материалов, выбранных для его конструкции.

Конденсаторы керамические

В этих конденсаторах используется керамический диэлектрик. Есть два класса керамических конденсаторов: класс 1 и класс 2.Класс 1 основан на параэлектрической керамике, такой как диоксид титана. Керамические конденсаторы этого класса обладают высоким уровнем стабильности, хорошим температурным коэффициентом емкости и низкими потерями. Из-за присущей им точности они используются в генераторах, фильтрах и других радиочастотных приложениях.

класса 2 используется керамический диэлектрик на основе сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат бария. Из-за высокой диэлектрической проницаемости этих материалов керамические конденсаторы класса 2 имеют более высокую емкость на единицу объема, но имеют меньшую точность и стабильность, чем конденсаторы класса 1.Они используются для байпаса и связи, где абсолютное значение емкости не критично.

Murata Electronics представляет собой пример керамического конденсатора (рис. 4). Конденсатор класса 1100 пикофарад (пФ) имеет допуск 5%, рассчитан на 100 В и поставляется в конфигурации для поверхностного монтажа. Этот конденсатор предназначен для использования в автомобилях с температурным диапазоном от -55 ° до + 125 ° C.

Рис. 4. GCM1885C2A101JA16 — это керамический конденсатор для поверхностного монтажа класса 1, 100 пФ, допуск 5% и номинальное напряжение 100 В.(Источник изображения: Murata Electronics)

Пленочные конденсаторы

в качестве диэлектрика используется тонкая пластиковая пленка. Электропроводящие пластины могут быть выполнены либо в виде слоев фольги, либо в виде двух тонких слоев металлизации, по одному с каждой стороны пластиковой пленки. Пластик, используемый для диэлектрика, определяет характеристики конденсаторов. Пленочные конденсаторы бывают разных видов:

Полипропилен (ПП): Они обладают особенно хорошей переносимостью и стабильностью с низкими значениями ESR и ESL, а также высокими характеристиками пробоя высокого напряжения.Из-за температурных ограничений диэлектрика они доступны только в виде выводов. Конденсаторы PP находят применение в схемах, где встречается высокая мощность или высокое напряжение, например, в импульсных источниках питания, схемах балласта, схемах высокочастотного разряда, а также в аудиосистемах, где их низкие значения ESR и ESL ценятся для обеспечения целостности сигнала.

Полиэтилентерефталат (ПЭТ) : Эти конденсаторы, также называемые полиэфирными или майларовыми конденсаторами, являются наиболее объемно эффективными из пленочных конденсаторов из-за их более высокой диэлектрической проницаемости.Обычно они применяются как устройства с радиальным выводом. Они используются для емкостных приложений общего назначения.

Полифениленсульфид (PPS): Эти конденсаторы производятся только как металлизированные пленочные устройства. Они обладают особенно хорошей температурной стабильностью и поэтому применяются в схемах, требующих хорошей стабильности частоты.

Примером пленочного конденсатора PPS является ECH-U1h201JX5 от Panasonic Electronics Corporation. Устройство на 100 пФ имеет допуск 5%, рассчитано на 50 вольт и поставляется в конфигурации для поверхностного монтажа.Он имеет диапазон рабочих температур от -55 ° до 125 ° C и предназначен для общего применения в электронике.

Полиэтиленнафталат (PEN): Как и конденсаторы PPS, они доступны только в исполнении с металлизированной пленкой. Они устойчивы к высоким температурам и доступны в конфигурации для поверхностного монтажа. Приложения сосредоточены на тех, где требуются характеристики при высоких температурах и высоком напряжении.

Конденсаторы из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или тефлона известны своей устойчивостью к высоким температурам и высокому напряжению.Выпускаются как в металлизированной, так и в фольгированной конструкции. Конденсаторы из ПТФЭ в основном находят применение, требующее воздействия высоких температур.

Конденсаторы электролитические

Электролитические конденсаторы отличаются высокими значениями емкости и высоким объемным КПД. Это достигается за счет использования жидкого электролита в качестве одной из его пластин. Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из четырех отдельных слоев: катода из алюминиевой фольги; бумажный сепаратор, пропитанный электролитом; алюминиевый анод, который был химически обработан с образованием очень тонкого слоя оксида алюминия; и, наконец, еще один разделитель бумаги.Затем эту сборку раскатывают и помещают в герметичную металлическую банку.

Электролитические конденсаторы — это поляризованные устройства постоянного тока (DC), что означает, что приложенное напряжение должно подаваться на указанные положительные и отрицательные клеммы. Неправильное подключение электролитического конденсатора может привести к взрывному отказу, хотя корпуса имеют мембраны сброса давления для управления реакцией и сведения к минимуму возможности повреждения.

Основными преимуществами электролитического конденсатора являются высокие значения емкости, малые размеры и относительно невысокая стоимость.Значения емкости имеют широкий диапазон допусков и относительно высокие токи утечки. Чаще всего электролитические конденсаторы используются в качестве фильтрующих конденсаторов как в линейных, так и в импульсных источниках питания (рис. 5).

Рисунок 5: Примеры электролитических конденсаторов; все они имеют емкость 10 микрофарад (мкФ). (Источник изображения: Kemet и AVX Corp.)

Ссылаясь на рисунок 5 слева направо, ESK106M063AC3FA от Kemet представляет собой алюминиевый электролитический конденсатор с радиальными выводами, 10 мкФ, 20%, 63 В.Он может работать при температуре до 85 ° C и имеет срок службы 2000 часов. Он предназначен для электролитических применений общего назначения, включая операции фильтрации, развязки и байпаса.

Альтернативой алюминиевому электролитическому конденсатору является алюминиевый полимерный конденсатор, который заменяет жидкий электролит твердым полимерным электролитом. Полимерный алюминиевый конденсатор имеет более низкое ESR, чем алюминиевый электролитический, и более длительный срок службы. Как и все электролитические конденсаторы, они поляризованы и находят применение в источниках питания в качестве фильтрующих и развязывающих конденсаторов.

Kemet A758BG106M1EDAE070 — это алюминиево-полимерный конденсатор 10 мкФ, 25 В, радиально свинцовый, с более длительным сроком службы и большей стабильностью в широком диапазоне температур. Он предназначен для промышленного и коммерческого применения, например, для зарядных устройств мобильных телефонов и медицинской электроники.

Танталовые конденсаторы — еще одна форма электролитических конденсаторов. В этом случае на танталовой фольге химически образуется слой оксида тантала. Их объемный КПД лучше, чем у алюминиевых электролитов, но максимальные уровни напряжения обычно ниже.Танталовые конденсаторы имеют более низкое ESR и более высокую термостойкость, чем алюминиевые электролиты, что означает, что они лучше выдерживают процесс пайки.

Kemet T350E106K016AT представляет собой радиальный свинцовый танталовый конденсатор на 10 мкФ, 10%, 16 В. Он предлагает преимущества небольшого размера, низкой утечки и низкого коэффициента рассеяния для приложений фильтрации, байпаса, связи по переменному току и синхронизации.

Последний тип электролитических конденсаторов — электролитический из оксида ниобия. Разработанный во время нехватки тантала, ниобиевый электролитический конденсатор заменяет тантал на ниобий и пятиокись ниобия в качестве электролита.Благодаря более высокой диэлектрической проницаемости он обеспечивает меньший размер корпуса на единицу емкости.

Примером электролита на основе оксида ниобия является NOJB106M010RWJ от AVX Corp. Это конденсатор 10 мкФ, 20%, 10 В в конфигурации для поверхностного монтажа. Как и танталовый электролит, он используется для фильтрации, байпаса и связи по переменному току.

Слюдяные конденсаторы

слюдяные (в основном серебряные слюды) характеризуются жестким допуском емкости (± 1%), низким температурным коэффициентом емкости (обычно 50 ppm / ° C), исключительно низким коэффициентом рассеяния и малым изменением емкости в зависимости от приложенного напряжения.Жесткие допуски и высокая стабильность делают их подходящими для ВЧ-цепей. Слюдяной диэлектрик посеребрен с обеих сторон для обеспечения проводящих поверхностей. Слюда — это стабильный минерал, который не взаимодействует с большинством обычных электронных загрязнений.

MC12FD101J-F компании Cornell Dubilier Electronics представляет собой слюдяной конденсатор 100 пФ, 5%, 500 В в конфигурации для поверхностного монтажа (рис. 6). Он используется в радиочастотных приложениях, таких как МРТ, мобильные радиостанции, усилители мощности и генераторы. Они рассчитаны на работу в диапазоне температур от -55 ° до 125 ° C.

Рис. 6. Cornell Dubilier Electronics MC12FD101J-F — слюдяной конденсатор для поверхностного монтажа, предназначенный для высокочастотных приложений. (Источник изображения: Cornell Dubilier Electronics)

Заключение

Конденсаторы — важный компонент в конструкции электроники. За прошедшие годы был разработан широкий спектр типов устройств с различными характеристиками, которые делают некоторые конденсаторные технологии особенно подходящими для конкретных приложений. Для проектировщиков получение хороших практических знаний о различных типах, конфигурациях и спецификациях является стоящим усилием, чтобы обеспечить оптимальный выбор для данного приложения.

Заявление об ограничении ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.

Характеристики конденсатора, температурный коэффициент, допуск

Введение

Конденсатор имеет большое количество спецификаций и характеристик. Наблюдая за информацией, напечатанной на корпусе конденсатора, мы можем очень хорошо понять характеристики конденсатора.Но некоторые конденсаторы имеют на корпусе цвета или числовые коды, из-за чего сложно разобраться в характеристиках. Каждый тип или семейство конденсаторов имеет свой набор характеристик и систему идентификации. Характеристики некоторых конденсаторов легко понять, а в других используются вводящие в заблуждение символы, буквы и цвета.

Чтобы легко понять характеристики конкретного конденсатора, сначала определите семейство конденсаторов, будь то керамическое, пластиковое, пленочное или электролитическое, и по нему легко определить характеристики.Несмотря на то, что конденсаторы имеют одинаковое значение емкости, они могут иметь разное рабочее напряжение. Если вы используете конденсатор с низким рабочим напряжением вместо конденсатора с высоким рабочим напряжением, то повышенное напряжение может повредить конденсатор низкого напряжения, даже если оба конденсатора имеют одинаковую емкость.

Мы уже знаем, что электролитический конденсатор имеет полярность, поэтому при подключении электролитического конденсатора в цепи положительный вывод должен подключаться к положительному соединению, а отрицательный вывод конденсатора — к отрицательному, иначе конденсатор может повредиться.Поэтому всегда лучше заменить поврежденный или старый конденсатор в цепи новым с такими же характеристиками. На рисунке ниже показаны характеристики конденсатора.

Рисунок 1. Характеристики конденсатора

Конденсатор имеет набор характеристик. Все эти характеристики можно найти в технических паспортах, предоставляемых производителями конденсаторов. Теперь обсудим некоторые из них.

Номинальная емкость (C)

Одной из наиболее важных характеристик конденсатора является номинальная емкость (C) конденсатора.Это номинальное значение емкости обычно измеряется в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ), и это значение указывается цветами, числами или буквами на корпусе конденсатора. Это номинальное значение емкости, которое напечатано на стороне корпуса конденсатора, не обязательно должно равняться его фактическому значению.

Номинальное значение емкости может изменяться в зависимости от рабочих температур и частоты цепи. Эти номинальные значения составляют всего один пикофарад (1 пФ) для керамических конденсаторов меньшего размера и один фарад (1 Ф) для электролитических конденсаторов.Все конденсаторы имеют допуски от -20% до + 80%.

Рабочее напряжение (WV)

Рабочее напряжение — еще одна важная характеристика всех характеристик конденсатора. Максимальное напряжение, которое подается на конденсатор без сбоев в течение его срока службы, называется рабочим напряжением (WV). Это рабочее напряжение выражается в единицах постоянного тока, а также печатается на корпусе конденсатора.

Обычно рабочее напряжение, которое напечатано на корпусе конденсатора, относится к его постоянному напряжению, но не к его напряжению переменного тока, потому что напряжение переменного тока выражается в среднеквадратичном значении.Таким образом, рабочее напряжение конденсатора должно быть больше, чем в 1,414 (Vm = Vrms x√2) раз от его фактического значения переменного тока, чтобы подать напряжение переменного тока на конденсатор. Это указанное рабочее напряжение постоянного тока конденсатора (WV-DC) действительно только в определенном диапазоне температур, например от -300 ° C до + 700 ° C. Если вы подаете постоянное или переменное напряжение, превышающее рабочее напряжение конденсатора, конденсатор может выйти из строя.

Рабочие напряжения, которые обычно указываются на корпусе конденсатора, составляют 10 В, 16 В, 25 В, 35 В, 50 В, 63 В, 100 В, 160 В, 250 В, 400 В, а также 1000 В.Все конденсаторы будут иметь более длительный срок службы, если они будут работать в пределах своих номинальных значений напряжения и в прохладной окружающей среде.

Допуск (±%)

Допуск — это допустимое относительное отклонение емкости от номинального значения, которое выражается в процентах. Как и для резисторов, допустимое значение для конденсатора также может быть положительным или отрицательным. Это значение допуска обычно измеряется либо в пикофарадах (+/- пФ) для конденсаторов малой емкости, которые меньше 100 пФ, либо в процентах (+ / -%) для конденсаторов большей емкости, которые больше 100 пФ.

Допуск конденсатора измерен при температуре + 20 ° C и действителен только на момент его поставки. Если конденсатор можно использовать после более длительного периода хранения, то значение допуска увеличится, но в соответствии со стандартными спецификациями это значение не будет превышать двойное значение, измеренное на момент его поставки. Допуски при поставке для конденсаторов с обмоткой обычно составляют +/- (1%, 2,5%, 5%, 10%, 20%). В общем случае отклонение значений допуска для конденсаторов составляет 5% или 10%, а для пластиковых конденсаторов оно составляет всего +/- 1%.

Ток утечки (LC)

Все диэлектрические материалы, которые используются в конденсаторах для разделения металлических пластин конденсаторов, не являются идеальными изоляторами. Они пропускают через него небольшой ток, например ток утечки. Этот эффект возникает из-за сильного электрического поля, которое формируется частицами заряда на пластинах конденсатора при приложении к нему напряжения питания (В).

Ток утечки конденсатора — это небольшая величина постоянного тока в наноамперах (нА).Это происходит из-за протекания электронов через диэлектрический материал или вокруг его краев, а также из-за его сверхурочной разрядки при отключении источника питания.

Ток утечки определяется как передача нежелательной энергии от одной цепи к другой. Еще одно определение: ток утечки — это ток, когда идеальный ток цепи равен нулю. Ток утечки конденсаторов является существенным фактором в цепях связи усилителей и цепях питания.

Ток утечки очень низкий в конденсаторах пленочного или фольгового типа и очень высок (5-20 мкА на мкФ) в конденсаторах электролитического (танталового и алюминиевого) типа, где значения их емкости также высоки.

Рабочая температура

Величина емкости конденсатора изменяется в зависимости от изменений температуры окружающей конденсатор. Поскольку изменение температуры приводит к изменению свойств диэлектрика. Рабочая температура — это температура конденсатора, который работает при номинальном напряжении. Общий диапазон рабочих температур для большинства конденсаторов составляет от -30 ° C до + 125 ° C. В конденсаторах пластикового типа это значение температуры не более + 700С.

Значение емкости конденсатора может измениться, если воздух или окружающая температура конденсатора слишком холодная или слишком горячая.Эти изменения температуры могут повлиять на фактическую работу схемы, а также повредить другие компоненты в этой схеме. Я думаю, что не так просто поддерживать стабильную температуру, чтобы избежать перегрева конденсаторов.

Жидкости внутри диэлектрика могут быть потеряны при испарении, особенно в электролитических конденсаторах (алюминиевых электролитических конденсаторах), когда они будут работать при высоких температурах (выше + 850 ° C), а также корпус конденсатора будет поврежден из-за тока утечки и внутренних давление.А также электролитические конденсаторы нельзя использовать при низких температурах, например, ниже -100 ° C.

Температурный коэффициент

Температурный коэффициент (TC) конденсатора описывает максимальное изменение значения емкости в заданном диапазоне температур. Обычно значение емкости, которое напечатано на корпусе конденсатора, измеряется с эталонной температурой 250 ° C, а также TC конденсатора, который упоминается в техническом описании, необходимо учитывать для приложений, которые работают при температуре ниже или выше этой.Обычно температурный коэффициент выражается в частях на миллион на градус Цельсия (PPM / 0C) или в процентах изменения в определенном диапазоне температур.

Некоторые конденсаторы являются линейными (конденсаторы класса 1), они очень устойчивы к температурам; такие конденсаторы имеют нулевой температурный коэффициент. Как правило, конденсаторы из слюды или полиэстера являются примерами конденсаторов класса 1. Спецификация TC для конденсаторов класса 1 всегда указывает изменение емкости в частях на миллион (PPM) на градус Цельсия.

Некоторые конденсаторы являются нелинейными (конденсаторы класса 2), температура этих конденсаторов нестабильна, как конденсаторы класса 1, и их значения емкости будут увеличиваться при увеличении значений температуры. Следовательно, конденсаторы дают положительный температурный коэффициент. Основным преимуществом конденсаторов класса 2 является их объемный КПД. Эти конденсаторы в основном используются в приложениях, где требуются высокие значения емкости, в то время как стабильность и коэффициент качества в зависимости от температуры не являются основными факторами, которые следует учитывать.Температурный коэффициент (TC) конденсаторов класса 2 выражается непосредственно в процентах. Одним из полезных применений температурного коэффициента конденсаторов является их использование для компенсации влияния температуры на другие компоненты в цепи, такие как резисторы или катушки индуктивности и т. Д.

Поляризация

Обычно поляризация конденсатора относится к конденсаторам электролитического типа. такие как конденсаторы алюминиевого и танталового типа. Большинство электролитических конденсаторов поляризованы, т. ) связь.

Оксидный слой внутри конденсатора может нарушиться из-за неправильной поляризации, что приведет к протеканию через устройство больших токов. Как уже упоминалось ранее, это может привести к повреждению конденсатора. Чтобы предотвратить неправильную поляризацию, на большинстве электролитических конденсаторов есть стрелки, черные полосы, полосы или шевроны на одной стороне корпуса для обозначения их отрицательных (-ve) выводов, как показано на рисунке ниже.

Поляризованные конденсаторы имеют большие токи утечки, если их напряжение питания инвертировано.Ток утечки в поляризованных конденсаторах искажает сигнал, перегревает конденсатор и, наконец, разрушает. Основная причина использования поляризованных конденсаторов — их меньшая стоимость, чем неполяризованные конденсаторы того же номинального напряжения и одинаковых значений емкости. Обычно поляризованные конденсаторы доступны в единицах микрофарад, таких как 1 мкФ, 10 мкФ и т. Д.

Рисунок 2. Поляризация конденсатора

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) ) конденсатора определяется как импеданс конденсатора по переменному току, когда он используется на очень высоких частотах, а также с учетом диэлектрического сопротивления.Как сопротивление диэлектрика постоянному току, так и сопротивление пластины конденсатора измеряются при определенных температурах и частоте.

ESR действует как резистор, включенный последовательно с конденсатором. ESR конденсатора — это оценка его качества. Мы знаем, что теоретически идеальный конденсатор не имеет потерь, а также имеет нулевое значение ESR. Часто это сопротивление (ESR) вызывает сбои в конденсаторных цепях.

Влияние эквивалентного последовательного сопротивления

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) выходного конденсатора в цепи влияет на производительность устройства.А также ESR может снизить напряжение питания конденсатора. ESR прямо противоположно сопротивлению изоляции конденсатора, которое в некоторых типах конденсаторов представлено как чистое сопротивление, подключенное параллельно конденсатору. Идеальный конденсатор имеет только свою емкость, а значение ESR очень мало (менее 0,1 Ом).

При увеличении толщины диэлектрика увеличивается ESR. Если площадь поверхности пластины увеличивается, значение ESR снижается. Чтобы рассчитать ESR конденсатора, нам потребуется нечто иное, чем стандартный измеритель конденсаторов, такой как измеритель ESR.Если конденсаторный измеритель представляет собой удобное устройство, он не обнаружит неисправности конденсатора, которые увеличивают значение ESR.

В неэлектролитическом конденсаторе или конденсаторе с твердым электролитом металлическое сопротивление выводов, электродов и потери в диэлектрике являются причиной ESR. Обычно значения ESR для керамических конденсаторов находятся в диапазоне от 0,01 до 0,1 Ом. Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом имеют очень высокие значения ESR, например несколько Ом. Основная проблема с алюминиевыми электролитическими конденсаторами заключается в том, что компоненты схемы будут повреждены, если значения ESR конденсаторов, которые используются в этой цепи, увеличиваются с течением времени в процессе эксплуатации.

Обычно значения ESR для полимерных конденсаторов меньше, чем у электролитических (влажных) конденсаторов того же номинала. Таким образом, полимерные конденсаторы могут выдерживать более высокие токи пульсации. Конденсатор можно использовать в качестве фильтра, который имеет очень низкие значения ESR. Конденсаторы обладают способностью накапливать электрический заряд, даже если через них не течет зарядный ток. Конденсаторы, используемые в телевизорах, фотовспышках и конденсаторных батареях, обычно представляют собой конденсаторы электролитического типа.Согласно правилу большого пальца, нельзя прикасаться к выводам конденсаторов большой емкости после отключения источника питания.

Технические характеристики конденсаторов и их значение »Электроника Примечания

Понимание соответствующих спецификаций конденсаторов, параметров и характеристик, указанных в технических паспортах, необходимо для выбора правильного конденсатора для любой данной цепи.

Capacitor Tutorial:
Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы — подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования

Спецификации и параметры или характеристики конденсатора должны быть известны и поняты, прежде чем будет сделан выбор в пользу конденсатора в данной цепи.

Электролитический конденсатор, керамический, пленочный, танталовый конденсатор и т. Д. Могут иметь значения емкости, которые можно приравнять, но некоторые из их других свойств могут различаться, что делает один тип более подходящим для конкретной схемы, чем другой.

Необходимы основные характеристики конденсатора, такие как номинал, допуск и рабочее напряжение, а также другие характеристики, включая самоиндукцию, ESR, диэлектрическое поглощение и другие. Хотя они не всегда могут быть важны в каждой цепи, необходимо знать и понимать, какие именно.

Хорошее понимание всех различных характеристик и параметров конденсаторов позволяет выбрать правильный конденсатор при выборе и покупке конденсаторов для электронных схем.

Основные характеристики конденсатора

Некоторые из основных характеристик и характеристик конденсаторов, которые необходимо учитывать при выборе и покупке конденсаторов, включают:

• Значение емкости: Номинальная емкость, вероятно, является наиболее важной характеристикой конденсатора.Базовая единица емкости — Фарад, хотя большинство конденсаторов имеют значения значительно ниже Фарада — наиболее распространенными являются доли, указанные ниже:
  
  • микрофарад, мкФ, миллионная доля Фарада, 10 ^-6
  • наонофарад, нФ 1000-миллионная фарада, 10 ^-9
  • пикофарад, пФ на миллионную долю фарада, 10 ^-12
  Иногда конденсаторы можно маркировать двумя способами. Например, 100 нФ — это то же самое, что 0.1 мкФ. Это означает, что конденсаторы можно маркировать разными способами.

  Стоит отметить, что некоторые суперконденсаторы имеют очень высокие уровни емкости, которые фактически измеряются в фарадах.

  Номинальная емкость может также указываться на определенной частоте, поскольку емкость для некоторых типов конденсаторов, обычно электролитических, будет незначительно изменяться с частотой.

  Очевидно, что величина емкости будет определять импеданс, который она обеспечивает на разных частотах.Чем больше емкость, тем меньше сопротивление.

• Допуск: Еще одним ключевым параметром конденсатора является допуск на его значение. В зависимости от конденсатора и его свойств он может быть очень точным или может иметь большой допуск на значение.

  Значение допуска — это степень, в которой фактическое значение емкости конденсатора может отличаться от заявленного или номинального значения, и оно часто выражается в процентах., Хотя для значений в несколько пикофарад оно может быть выражено как фактическое значение, т. Е. .е. 20 пФ ± 1 пФ и т. Д.

  Обычно допуск конденсатора выражается в виде процентного отклонения, выраженного как ± NN%. Значения ± 5% и ± 10% обычно используются для приложений связи и развязки. Для компонентов, используемых в приложениях, где требуются лучшие допуски, многие из них имеют допуски ± 1 и ± 2%, а иногда и лучше.

  Керамические конденсаторы, используемые для связи и развязки, обычно рассчитаны на значения ± 5% и ± 10%, хотя некоторые из керамических конденсаторов с более высокими характеристиками, особенно в форматах для поверхностного монтажа, доступны с лучшими керамическими диэлектриками и могут иметь допуски ± 1 и ± 2%.Конденсаторы с пластиковой пленкой традиционно имеют версии с жесткими допусками, хотя обычно они не доступны с корпусами для поверхностного монтажа.

  Электролитические конденсаторы часто имеют допуск от -20% до + 80%, поэтому они обычно не используются там, где важно точное значение.

• Рабочее напряжение: Характеристика конденсатора рабочего напряжения определяет максимальное непрерывное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору. Обычно это напечатано на корпусе и будет упомянуто в техническом описании.Напряжение обычно относится к самому большому напряжению постоянного тока, которое может быть приложено. Также имейте в виду, что когда конденсатор работает в цепи с формой волны переменного тока, наложенной на напряжение постоянного тока, то возникающие напряжения могут быть значительно выше значения постоянного тока в состоянии покоя.

  Для некоторых конденсаторов, используемых в приложениях переменного тока, может быть указано значение переменного тока. Имейте в виду, что это относится к среднеквадратичному напряжению, а не к пиковому значению, которое в √2 или 1,414 раза больше.

  Хотя некоторые конденсаторы могут выдерживать кратковременное пиковое напряжение, это может привести к непоправимому выходу из строя других, поэтому стоит остерегаться.В результате некоторые конденсаторы также могут иметь номинальные характеристики перенапряжения — как правило, эти конденсаторы могут использоваться для источников питания переменного тока, где возникают перенапряжения.

  Всегда рекомендуется использовать конденсаторы в пределах их номинального напряжения. Между фактическим напряжением, при котором работает конденсатор, и его номинальным рабочим напряжением существует связь. Чем больше маржа, тем выше надежность.

  Часто руководящие принципы коммерческого проектирования предусматривают, что конденсаторы не должны работать выше 50% от их номинальных значений, а руководящие принципы по проектированию высоконадежного военного оборудования следуют аналогичным рекомендациям.Работа с хорошей маржой обеспечивает высокий уровень надежности.

• Диэлектрик: Диэлектрик — один из ключевых элементов, определяющих многие характеристики конденсатора. В результате конденсаторы часто называют их диэлектриками: электролитическими; тантал, керамика; пластиковая пленка; серебряная слюда; и тому подобное. Поскольку характеристики этих конденсаторов и доступные диапазоны емкости различаются, важно выбрать требуемый диэлектрик, внимательно изучив характеристики и общие характеристики конденсатора в техническом описании.

  Диэлектрик имеет тенденцию определять ряд аспектов работы конденсатора, и поэтому конденсаторы с разными типами диэлектрика, как правило, используются для разных приложений.
  

  • Алюминиевые электролитические конденсаторы: Большая емкость — обычно выше 1 мкФ, большой ток пульсаций, низкочастотная способность — обычно не используется выше 100 кГц или около того, утечка выше, чем у других типов.
  • Танталовые конденсаторы: Высокое значение в очень небольшом объеме — значения обычно выше 1 мкФ, более высокая частота, чем у алюминиевых электролитических, обычно низкое напряжение, очень нетерпимо к перенапряжению и обратному напряжению.
  • Керамические конденсаторы: Значения обычно ниже 1 мкФ, нормально работают при высокой частоте, малом токе утечки; Так как существует несколько видов керамического диэлектрика, проверьте свойства.
  Принимая во внимание различные характеристики, необходимо проверить, какой диэлектрик наиболее подходит для схемы и положение в схеме, где он будет использоваться.
• Рабочая температура: Все конденсаторы имеют ограниченный диапазон рабочих температур, будь то керамические конденсаторы, электролитические конденсаторы, танталовые конденсаторы и т. Д.В этой спецификации подробно описаны пределы, в которых конденсатор будет работать удовлетворительно и в которых он рассчитан.

  Некоторые аспекты, ограничивающие рабочий диапазон конденсатора: напряжение — оно падает с увеличением температуры; ток пульсации — снова меньше с повышением температуры. Спецификация более низкой температуры может определяться рядом факторов. Один из них — это действие электролита в таких компонентах, как электролитические конденсаторы. Рабочая температура особенно важна для электролитических конденсаторов, поскольку их ожидаемый срок службы быстро падает с повышением температуры.

• Температурный коэффициент: Конденсаторы, как и все компоненты, зависят от температуры. Степень относительно мала и не имеет значения в схемах, где значение не является критическим, но в других, где схема зависит от точного значения, например LC-осциллятор и т. д., температурный коэффициент может быть очень важным.

  Температурный коэффициент часто выражается как изменение в миллионных долях на градус Цельсия.

• Сопротивление утечки / ток: Спецификация тока утечки или сопротивления утечки указывает величину тока, протекающего через конденсатор.Ток утечки возникает из-за того, что конденсаторы не являются идеальными изоляторами. Если конденсатор заряжается, а затем отсоединяется, он медленно теряет свой заряд. Также, когда он заряжен и непрерывно питается, через него будет течь ток.

  Как ток утечки, так и сопротивление утечки или изоляции указаны в технических характеристиках. Поскольку они связаны законом Ома, их легко перевести между ними. Обычно сопротивление изоляции используется там, где встречаются очень высокие значения сопротивления, а ток часто используется для больших конденсаторов и там, где есть большая утечка.Например: суперконденсаторы и алюминиевые электролитические конденсаторы обычно имеют указанные значения тока утечки, но для керамических конденсаторов или конденсаторов с пластиковой пленкой, где ток утечки незначителен, обычно указываются значения сопротивления.
  Где:
  C = ожидаемая емкость конденсатора
  R _L = сопротивление утечки
  R _ESR = эквивалентное последовательное сопротивление
  L _ESR = эквивалентная последовательная индуктивность (самоиндукция)
  R _DA = Диэлектрическое поглощение
  C _DA = Диэлектрическое поглощение В эквивалентной схеме сопротивление утечки представлено сопротивлением R R _L , которое появляется непосредственно на главном конденсаторе C

  Ток утечки и сопротивление могут иметь большое влияние на многие цепи.Например, в цепи высокого напряжения даже небольшой ток утечки может привести к заметному рассеиванию тепла. В других схемах ток утечки может привести к неправильной работе схемы — это может быть особенно заметно в схемах с высоким импедансом.

  Для конденсаторов, таких как алюминиевые электролитические конденсаторы, для которых указан ток утечки, эта спецификация включает напряжение и температуру. Очевидно, что из закона Ома влияет напряжение, но также увеличивается ток утечки с повышением температуры.

  Для других типов, для которых указано сопротивление утечки, оно указывается в МОм или как значение в Ом x 10 ^X . Сравнение характеристик утечки для разных типов конденсаторов Хотя существует несколько типов материализованных пленочных конденсаторов, полипропиленовый конденсатор из полипропилена имеет лучшие характеристики в диапазоне от 10 ⁵ до 10 ⁷ .

  Примечание: Очень высокое значение сопротивления утечки может означать, что если конденсатор используется в цепи высокого напряжения, то эти напряжения могут оставаться в течение некоторого времени после выключения устройства, если нет внешнего пути утечки.Будьте осторожны при работе с цепями, в которых присутствует высокое напряжение, так как остаточный заряд может присутствовать в течение некоторого времени после отключения.
  

• ESR: Эквивалентное последовательное сопротивление или ESR является важной характеристикой во многих случаях. Это импеданс конденсатора по переменному току, который особенно важен на высоких частотах. Спецификация ESR включает сопротивление диэлектрического материала, сопротивление постоянному току выводов клемм, сопротивление постоянному току соединений с диэлектриком и сопротивление пластины конденсатора, измеренные на определенной частоте.
• Собственная индуктивность: Конденсаторы — это не просто чистая емкость — они включают в себя различные другие паразитные элементы, помимо основной емкости. Самая важная особенность для высокочастотных / радиочастотных цепей — это собственная индуктивность.

  Обычно индуктивность в конденсаторах относительно мала — она ​​может быть в диапазоне 1–20 нГн, но фактическое значение будет очень зависеть от типа конденсатора и его конструкции. В результате небольшого значения индуктивности эффекты самоиндукции обычно наблюдаются только на высоких частотах.

• Собственная резонансная частота: Собственная резонансная частота конденсатора возникает из резонансного контура, установленного между эквивалентной последовательной индуктивностью и емкостью конденсатора. Это часто указывается отдельно для конденсаторов, которые используются в ВЧ-приложениях — иногда может быть включен график отклика, поскольку может быть несколько резонансных частот.

  Кривая импеданса конденсатора, показывающая собственный резонанс На резонансной частоте Fr индуктивный и реактивный импедансы компенсируются, оставляя резистивные элементы цепи, т.е.е. СОЭ. Также помните, что выше резонансной частоты конденсатор будет казаться индуктивным. Резонансная частота обычно связана с радиочастотными цепями, и поэтому обычно могут быть указаны керамические конденсаторы.

• Пульсации тока: Эта спецификация имеет большое значение для цепей, в которых протекают значительные уровни тока. Одно из основных приложений, где это важно, — в цепях питания, особенно в сглаживающих секциях источника питания.Необходимо определить максимальный ток пульсаций в цепи, а затем свериться с таблицей данных, чтобы убедиться, что спецификации тока пульсаций не превышены и, что еще лучше, имеется хороший запас.
  Электролитический конденсатор с выводами с маркировкой, включая максимальный ток Причина, по которой это важно, заключается в том, что высокие уровни пульсаций тока приводят к заметному уровню рассеивания тепла в конденсаторе. Если выделяемое тепло слишком велико, конденсатор может выйти из строя или его срок службы и надежность уменьшатся.

  Пульсации тока обычно связаны с электролитическими конденсаторами, поскольку они, как правило, используются в источниках питания, где наблюдаются более высокие уровни тока. Эта спецификация также применима к суперконденсаторам. Танталовые конденсаторы не любят значительного тока и могут взорваться, если от них ожидается слишком много.

Есть много параметров, которые влияют на общую производительность конденсатора. Выбор правильных конденсаторов для конкретной схемы зависит не только от фактического уровня емкости, но и от других факторов.Это будет зависеть от фактического используемого контура. Такие аспекты, как собственная индуктивность, будут очень важны для ВЧ-цепей, тогда как ток утечки может иметь значение в цепях с высоким импедансом и ток пульсаций в цепях питания.

Знание области применения и ее требований и их соответствие конденсатору с правильными характеристиками — ключ к выбору и покупке правильного конденсатора.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Типы конденсаторов и их характеристики — Analyze A Meter

Когда мы выходим на рынок для приобретения конденсаторов , мы немного запутались из-за наличия различных типов конденсаторов , различаются по своим характеристикам и имеют свои плюсы и минусы. Некоторые конденсаторы могут использоваться в высоковольтных приложениях, в то время как другие используются в приложениях с низким напряжением, некоторые имеют очень низкие скорости утечки, а некоторые — высокие скорости утечки и т. Д.Здесь мы приводим список различных типов конденсаторов , их характеристики, поведение и т. Д. Ознакомьтесь с ним.

В этой статье вы узнаете:

Типы конденсаторов

(i) Танталовый конденсатор

Материал диэлектрика: Пятиокись тантала

Тип: Поляризованный

945