История
К онденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.
Слева — конденсаторы для поверхностного монтажа; справа — конденсаторы для объёмного монтажа; сверху — керамические; снизу — электролитические. На полярных SMD конденсаторах + обозначен полоской.
В 1745 году в Лейдене немецкий физик Эвальд Юрген фон Клейст и голландский физик Питер ван Мушенбрук случайно создали конструкцию-прототип электролитического конденсатора — «лейденскую банку». Первые конденсаторы, состоящие из двух проводников разделенных непроводником, упоминаемые обычно как конденсатор Эпинуса или электрический лист, были созданы ещё раньше.
SMD — конденсатор на плате,
макрофотография
Различные конденсаторы для объёмного монтажа
Свойства конденсатора
Конденсатор
в цепи постоянного тока может проводить
ток в момент включения его в цепь
(происходит заряд или перезаряд
конденсатора), по окончании переходного
процесса ток через конденсатор не течёт,
так как его обкладки разделены
диэлектриком.
В цепи же переменного
тока он проводит колебания переменного
тока посредством циклической перезарядки
конденсатора, замыкаясь так называемым
током смещения.
С точки зрения метода комплексных амплитуд конденсатор обладает комплексным импедансом
,
где j — мнимая единица, ω — циклическая частота (рад/с) протекающего синусоидального тока, f — частота в Гц, C — ёмкость конденсатора (фарад). Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).
При
изменении частоты изменяются
диэлектрическая проницаемость диэлектрика
и степень влияния паразитных параметров
— собственной индуктивности и
сопротивления потерь. На высоких частотах
любой конденсатор можно рассматривать
как последовательный колебательный
контур, образуемый ёмкостью C,
собственной индуктивностью LC и сопротивлением потерь Rn.
Резонансная частота конденсатора равна
При f > fp конденсатор в цепи переменного тока ведёт себя как катушка индуктивности. Следовательно, конденсатор целесообразно использовать лишь на частотах f < fp, на которых его сопротивление носит ёмкостный характер. Обычно максимальная рабочая частота конденсатора примерно в 2—3 раза ниже резонансной.
Конденсатор может накапливать электрическую энергию. Энергия заряженного конденсатора:
где U — напряжение (разность потенциалов), до которого заряжен конденсатор.
Обозначение конденсаторов на схемах
В России условные графические обозначения конденсаторов на схемах должны соответствовать ГОСТ 2.728-74 либо международному стандарту IEEE 315—1975:
Обозначение по ГОСТ 2.728-74 | Описание |
Конденсатор постоянной ёмкости | |
Поляризованный конденсатор | |
Подстроечный конденсатор переменной ёмкости | |
Варикап |
На
электрических принципиальных схемах
номинальная ёмкость конденсаторов
обычно указывается в микрофарадах
(1 мкФ = 106 пФ) и пикофарадах,
но нередко и в нанофарадах.
При ёмкости
не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора
указывают в пикофарадах, при этом
допустимо не указывать единицу измерения,
то есть постфикс «пФ» опускают. При
обозначении номинала ёмкости в других
единицах указывают единицу измерения.
Для электролитических конденсаторов,
а также для высоковольтных конденсаторов
на схемах, после обозначения номинала
ёмкости, указывают их максимальное
рабочее напряжение в вольтах (В) или
киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x
10 В». Для переменных конденсаторов
указывают диапазон изменения ёмкости,
например так: «10 — 180». В настоящее время
изготавливаются конденсаторы с
номинальными ёмкостями из
десятичнологарифмических рядов значений
Е3, Е6, Е12, Е24, то есть на одну декаду
приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы
значения с соответствующим допуском
(разбросом) перекрывали всю декаду.
Как маркируется конденсатор на печатной плате ПК?
pc due image by Renato Francia from Fotolia.com
Автор: John Papiewski Обновлено 12 апреля 2017 г.
Идентифицировать конденсатор в цепи в 1950-х годах было легко. Схемы состояли всего из нескольких компонентов, а конденсаторы были четко обозначены. Сегодня не только на печатной плате имеется гораздо больше видов деталей, но и их может быть трудно отличить друг от друга. К счастью, и на печатных платах, и на их частях напечатаны коды, которые помогут вам их идентифицировать.
Печатная плата
Большинство коммерческих печатных плат наносятся трафаретной печатью до того, как производитель добавляет детали. Печатная надпись может включать название компании, логотип, номер модели и расположение основных компонентов. Дизайнеры отмечают расположение конденсаторов буквой «C», за которой следует порядковый номер. Таким образом, первые два конденсатора будут помечены «C1» и «C2». Эти маркировки упрощают производство и ремонт, поскольку вы можете легко идентифицировать отдельные компоненты.
Местоположение
Вы найдете большую часть маркировки, нанесенной трафаретной печатью, на стороне компонентов печатной платы.
Все припаянные компоненты располагаются на одной стороне платы, а маркировка позволяет идентифицировать каждую часть. Инженеры тщательно раскладывают печатную плату, когда она впервые проектируется, и размещают детали и надписи, чтобы вы могли видеть трафаретную печать, когда детали установлены. Детали не закрывают надписи.
Традиционные конденсаторы
Традиционные конденсаторы поставляются в виде компонентов цилиндрической формы с двумя соединительными проводами. Осевая компоновка имеет по одному проводу, выходящему с каждого конца, в радиальном типе оба провода выходят прямо с одного конца. В большинстве случаев на конденсаторе указаны номиналы для облегчения идентификации. Маркировка включает название производителя, значение емкости конденсатора и его номинальное напряжение. Вы можете легко идентифицировать такие конденсаторы по их форме, размеру и маркировке.
Конденсаторы для поверхностного монтажа
Совсем недавно производители представили детали для поверхностного монтажа, включая конденсаторы.
Эти прямоугольные и плоские детали предназначены для крепления к верхней стороне печатной платы. Детали для поверхностного монтажа очень компактны, что увеличивает плотность компонентов и скорость сборки для крупносерийного производства. Поскольку эти детали очень малы, они могут иметь или не иметь напечатанных цифр, как на традиционном конденсаторе.
Полярность
Некоторые конденсаторы имеют полярность, то есть положительную и отрицательную сторону. Изготовитель печатной платы должен правильно установить конденсатор, иначе он рискует повредить как деталь, так и схему. Традиционные конденсаторы имеют маркировку, такую как знак минус, для обозначения полярности. Сама печатная плата также имеет трафаретные метки, чтобы показать положительную или отрицательную сторону. Кроме того, в нижней части платы рядом с положительным выводом конденсатора может быть вытравлен медный знак «плюс».
Ссылки
- Клуб электроники: поляризованные конденсаторы
Автор биографии
Уроженец Чикаго Джон Папевски имеет степень по физике и пишет с 1991 года.
Он также внес свой вклад в книгу «Нанотехнологии: молекулярные размышления о глобальном изобилии».
Статьи по теме
Сравнение конденсаторов SMD и электролитических конденсаторов | Блог о расширенном проектировании печатных плат
Ключевые выводы
Обзор форм-факторов конденсаторов.
- Характеристики и преимущества конденсатора
SMD.
Преимущества электролитических конденсаторов по сквозной технологии.
Спецификация электролитических конденсаторов для поверхностного монтажа определяется значением емкости и рабочим напряжением
Конденсаторы являются незаменимыми элементами в электронных схемах. Функция конденсатора, будь то фильтрация, связь, развязка, накопление энергии, согласование импеданса или демпфирующее действие, варьируется от одной схемы к другой.
В зависимости от схемы и функции конденсатор может быть поляризованным или неполяризованным. Вы можете найти поляризованные и неполяризованные конденсаторы в различных форм-факторах. Например, если вам нужны электролитические конденсаторы для миниатюрной печатной платы, лучшим выбором будут конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD). Наоборот, если схема применяется при высокой температуре, лучшим выбором будут электролитические конденсаторы с технологией сквозного монтажа.
Сравнение конденсаторов SMD и электролитических конденсаторов, использующих технологию сквозных отверстий, является сложной задачей, особенно при ограниченном пространстве в схемах для приложений, которые должны выдерживать высокие температуры, экстремальные ускорения или столкновения.
Форм-фактор конденсатора
Уменьшение размеров печатных плат для экономии места — распространенная тенденция в электронике. Поскольку схемы миниатюрны с высокой удельной мощностью, большое внимание уделяется сохранению эксплуатационной надежности. Форм-факторы или размеры компонентов выбираются в соответствии с размером схемы и доступностью места. Производители вложили средства в разные форм-факторы пассивных компонентов, так как существует огромный спрос на различные размеры. Некоторые доступные форм-факторы конденсаторов включают:
- Конденсаторы со сквозными отверстиями/ конденсаторы с выводами: Конденсаторы с выводами называются конденсаторами со сквозными отверстиями. Технология сквозного монтажа применима ко всем типам конденсаторов на основе диэлектрических материалов, таких как бумажные конденсаторы, керамические конденсаторы или электролитические конденсаторы.
Они вставляются в отверстия на печатной плате и припаиваются к противоположной поверхности. Электролитические конденсаторы со сквозным отверстием обычно используются в прототипах схем. Электролитические конденсаторы, использующие технологию сквозных отверстий, обеспечивают устойчивость благодаря своей нишевой надежности и отличительным преимуществам. - Конденсаторы с винтовыми клеммами: Конденсаторы с винтовыми клеммами поставляются с резьбовыми шпильками и крепятся к плате винтами.
- . Конфигурация выводов конденсаторов Snap-in разработана для простого монтажа на печатных платах.
- Конденсаторы с прессовой посадкой: Конденсаторы с прессовой посадкой имеют штифты, которые оказывают боковое усилие на отверстия, в которые они вставляются. Этот тип конденсатора устраняет производственные проблемы, проблемы с качеством и процесс пайки. Он также обеспечивает быструю замену конденсаторов на плате.
- Осевые конденсаторы: В радиальном конденсаторе выводы выходят с одной стороны конденсатора, тогда как в осевых конденсаторах выводы проходят параллельно корпусу конденсатора и выходят на противоположных концах.
- Конденсаторы для поверхностного монтажа (SMD): Конденсаторы SMD припаиваются к соответствующим контактным площадкам на печатной плате и занимают место на печатной плате.
Они вставляются в отверстия на печатной плате и припаиваются к противоположной поверхности. Электролитические конденсаторы со сквозным отверстием обычно используются в прототипах схем. Электролитические конденсаторы, использующие технологию сквозных отверстий, обеспечивают устойчивость благодаря своей нишевой надежности и отличительным преимуществам.
Эти классификации можно комбинировать; если вы ищете на веб-сайте дистрибьютора электроники, вы можете отфильтровать поиск по типу конденсатора на основе диэлектрического материала и форм-фактора конденсатора. Вы можете найти такие комбинации, как защелкивающиеся танталовые конденсаторы, электролитические конденсаторы со сквозным отверстием, электролитические конденсаторы SMD и т. д.
Далее давайте сравним конденсаторы SMD и электролитические конденсаторы, использующие сквозную технологию. Конденсаторы SMD
по сравнению с электролитическими конденсаторами, использующими технологию монтажа через отверстие
Конденсаторы SMD Для плотных, высокопроизводительных и компактных схем лучше всего подходят конденсаторы SMD.
- Первый метод определяет значение емкости в микрофарадах и ее рабочее напряжение в Вольтах.
- Второй метод использует код из трех цифр: первая буква обозначает рабочее напряжение в вольтах, а две другие — значение емкости в пикофарадах. Например, J106 указывает на конденсаторы емкостью 10 мкФ с рабочим напряжением 6,3 В.
Преимущества
Электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа хорошо известны своим большим отношением емкости к занимаемой площади и очень экономичны.
Для создания высокочастотных или высокоскоростных цепей с минимальной паразитной индуктивностью и емкостью конденсаторы SMD занимают первое место среди форм-факторов конденсаторов.
Электролитические конденсаторы
Если требуются поляризованные конденсаторы, следует использовать электролитические конденсаторы. Чаще всего в качестве сквозных устройств используются электролитические конденсаторы. Сквозные электролитические конденсаторы имеют положительный вывод и отрицательный вывод, ближе к которому отмечен знак минус. Выводы сквозных электролитических конденсаторов могут в значительной степени выдерживать воздействие окружающей среды, поскольку они обеспечивают более прочную механическую связь со слоями печатной платы по сравнению с конденсаторами SMD.
Области применения
Надежность соединения делает электролитические конденсаторы со сквозным отверстием лучшим выбором для аэрокосмических и военных применений, где выше вероятность воздействия высоких температур, столкновений и экстремальных ускорений.
Возможности ручной замены и регулировки, обеспечиваемые электролитическими конденсаторами со сквозным отверстием, позволяют также использовать их в приложениях для прототипирования и тестирования. Величина емкости и номинальное напряжение сквозных электролитических конденсаторов указаны на корпусе конденсатора.
Недостатки
К сожалению, сквозные конденсаторы тяжелее, дороже и объемнее, чем конденсаторы SMD. Обычно размер сквозных электролитических конденсаторов затрудняет согласование с ограниченным пространством конструкции. Подумайте о наличии свободного места на вашей печатной плате, чтобы определить, следует ли вам использовать конденсаторы SMD или электролитические конденсаторы, использующие технологию сквозных отверстий, в вашей схеме.
Для проектирования печатных плат с активными и пассивными компонентами различных форм-факторов вы можете положиться на программное обеспечение Cadence для проектирования печатных плат. Ведущие поставщики электроники полагаются на продукты Cadence для оптимизации потребностей в мощности, пространстве и энергии для широкого спектра рыночных приложений.
