Параметры конденсатора. Основные параметры и характеристики конденсаторов в электротехнике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие основные параметры характеризуют конденсаторы. Что такое емкость конденсатора и как она измеряется. Какое напряжение считается номинальным для конденсатора. Как определяется энергия, накопленная в конденсаторе. Какие дополнительные характеристики важны при выборе конденсаторов.

Содержание

Емкость конденсатора — ключевой параметр

Емкость является основной характеристикой конденсатора, определяющей его способность накапливать электрический заряд. Емкость конденсатора показывает, какой заряд Q накапливается на его обкладках при приложении напряжения U:

C = Q / U

где C — емкость в фарадах (Ф), Q — заряд в кулонах (Кл), U — напряжение в вольтах (В).

Емкость конденсатора зависит от его геометрических размеров и диэлектрика между обкладками. Для плоского конденсатора:

C = ε0 * ε * S / d

где ε0 — электрическая постоянная, ε — диэлектрическая проницаемость материала между обкладками, S — площадь обкладок, d — расстояние между ними.

Номинальное напряжение конденсатора

Номинальное напряжение — это максимальное рабочее напряжение, которое может быть длительно приложено к конденсатору без риска пробоя диэлектрика. Превышение номинального напряжения может привести к выходу конденсатора из строя.

Как правильно выбрать номинальное напряжение конденсатора.

Оно должно быть выше максимального рабочего напряжения в схеме
Рекомендуется брать с запасом 20-50% от рабочего напряжения
Учитывать возможные скачки напряжения в цепи
Для переменного тока выбирать конденсаторы с соответствующей маркировкой

Энергия, накопленная в конденсаторе

Энергия, запасенная в заряженном конденсаторе, определяется по формуле:

W = CU^2 / 2

где W — энергия в джоулях (Дж), C — емкость в фарадах (Ф), U — напряжение на обкладках в вольтах (В).

Эта энергия сосредоточена в электрическом поле между обкладками конденсатора. При разряде конденсатора она преобразуется в другие виды энергии.

Дополнительные параметры конденсаторов

Помимо основных характеристик, при выборе конденсаторов важно учитывать следующие параметры:

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)
Сопротивление изоляции
Эквивалентная последовательная индуктивность (ESL)
Максимально допустимый пульсирующий ток
Тангенс угла диэлектрических потерь
Температурный коэффициент емкости
Диапазон рабочих температур

Эти параметры влияют на потери энергии в конденсаторе, его нагрев, сглаживающие способности и стабильность характеристик.

Как емкость конденсатора влияет на его применение

Емкость конденсатора определяет области его применения в электронных схемах:

Малые емкости (пФ-нФ) — высокочастотные цепи, генераторы
Средние емкости (нФ-мкФ) — фильтрация, развязка, время-задающие цепи
Большие емкости (мкФ-Ф) — сглаживание пульсаций, накопление энергии

Как правильно выбрать емкость конденсатора для конкретной задачи.

Определить требуемую емкость из расчетов схемы
Учесть допустимый разброс емкости
Выбрать ближайшее стандартное значение из ряда E6 или E12
При необходимости использовать параллельное соединение

Типы конденсаторов по виду диэлектрика

Выбор типа конденсатора зависит от требуемых характеристик и условий эксплуатации:

Керамические — высокочастотные цепи, малые емкости
Пленочные — точные цепи, фильтры, высокое напряжение
Электролитические — большие емкости, низкая стоимость

Танталовые — компактность, стабильность параметров
Слюдяные — высокая точность, температурная стабильность

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, которые нужно учитывать при проектировании.

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

При параллельном соединении конденсаторов их общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов:

C = C1 + C2 + C3 + …

При последовательном соединении обратная величина общей емкости равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов:

1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + …

Как это применяется на практике:

Параллельное соединение используется для увеличения емкости
Последовательное — для повышения рабочего напряжения
Комбинированное — для получения нестандартных значений

Маркировка конденсаторов

На корпусе конденсатора обычно указываются следующие параметры:

Номинальная емкость
Допустимое отклонение емкости
Номинальное напряжение
Тип диэлектрика
Полярность (для полярных конденсаторов)
Температурный коэффициент (для некоторых типов)

Емкость может быть указана напрямую или закодирована. Например, 104 означает 10*10^4 пФ = 100 нФ. Важно правильно расшифровывать маркировку для корректного применения конденсаторов.

Как температура влияет на параметры конденсаторов

Температура окружающей среды может существенно влиять на характеристики конденсаторов:

Изменение емкости (температурный коэффициент емкости)
Увеличение тока утечки при повышении температуры
Изменение ESR и тангенса угла потерь
Снижение максимального рабочего напряжения

Для ответственных применений следует выбирать конденсаторы с минимальной температурной зависимостью параметров или предусматривать компенсацию температурных эффектов.

Срок службы и надежность конденсаторов

На срок службы конденсаторов влияют следующие факторы:

Рабочее напряжение (% от номинального)
Рабочая температура
Величина пульсирующего тока
Влажность окружающей среды
Механические воздействия

Для увеличения надежности электронных устройств рекомендуется:

Выбирать конденсаторы с запасом по напряжению и емкости
Обеспечивать хороший теплоотвод
Использовать параллельное соединение для снижения нагрузки
Применять конденсаторы с улучшенными характеристиками в критичных узлах

Правильный выбор и применение конденсаторов позволяет значительно повысить надежность и срок службы электронной аппаратуры.

2.3. Основные характеристики конденсаторов | Электротехника

Основной характеристикой конденсатора является его электрическая емкость (С), определяемая отношением накапливаемого на обкладках электрического заряда (Q) к приложенному к обкладкам напряжению (U):

С = ke, (2.1)

где k – постоянный коэффициент, S – площадь обкладок, n – число обкладок, d – расстояние между обкладками, e – диэлектрическая проницаемость.

Если конденсатор выполнен на основе комбинированной изоляции, то диэлектрическая проницаемость может быть дополнительно определяемой в зависимости от состава ингредиентов. В частности, для комбинированной бумажно-пленочной изоляции диэлектрическая проницаемость может быть определена по формуле:

e=,

где e_{1 –}диэлектрическая проницаемость материала, используемого в качестве пленки толщиной d₁; e_{2 –}диэлектрическая проницаемость конденсаторной бумаги с толщиной слоя d₂.

Конденсаторы постоянной емкости характеризуются номинальным значением емкости; конденсаторы переменной емкости характеризуются диапазоном емкостей С_min_–С_max.

Сопротивление изоляции конденсатора (R_из) определяется свойствами диэлектрика и конструкционными особенностями конденсатора. Это сопротивление зависит от температуры и влажности окружающей среды и лежит в пределах от 1 · 10⁹ Ом для сегнетокерамических конденсаторов до 1 · 10¹² Ом для пленочных конденсаторов.

Сопротивление комбинированной бумажно-пленочной изоляции определяется по формуле:

R = .

Добротность (Q) конденсатора определяется потерями энергии в диэлектрике и металлических обкладках и выражается отношением:

Q = P_R/P_A, (2.2)

где P_R – реактивная мощность; P_A – полные потери энергии в конденсаторе.

Так как полные потери энергии в конденсаторе в единицу времени (активная мощность) определяются суммой потерь энергии в диэлектрике конденсатора (P_д) и потерь энергии в металлических обкладках (P_м), то добротность конденсатора определяется выражением:

Q = P_R /( P_д + P_м ). (2.3)

Добротность различных типов конденсаторов изменяется от нескольких процентов до 10 раз.

Потери конденсатора часто характеризуют тангенсом угла потерь (tg d_C):

tg d_C= 1/Q, (2.4)

и определяются, главным образом, потерями в диэлектрике, величина которых зависит от влажности и температуры. В современных конденсаторах наибольшее влияние на потери оказывает температура.

Потери в комбинированном бумажно-пленочном диэлектрике определяются соотношением ингредиентов:

tg,

где – тангенс угла диэлектрических потерь материала, используемого в качестве пленки толщиной d₁ и диэлектрической проницаемостью e₁; – тангенс угла диэлектрических потерь конденсаторной бумаги с толщиной слоя d

2 и диэлектрической проницаемостью e₂.

Реактивная мощность конденсаторов, предназначенных для работы в цепях переменного тока, может быть представлена в виде:

P_R = UI sinj. (2.5)

Потери большинства конденсаторов незначительны, и сдвиг фаз между током и напряжением близок к 90^о. Поэтому справедливо выражение:

P_R = UI,

где U – эффективное значение напряжения на конденсаторе, I – ток, проходящий через конденсатор. Так как I = UwC, то P_R = U² wC.

Стандартные низковольтные конденсаторы имеют реактивную мощность от 25 до 75 вар.

Электрическая прочность конденсатора характеризует зависимость напряжения, приложенного к его зажимам, от времени, в течение которого не произойдет пробоя.

Время работы, на которое рассчитывается конденсатор, обычно исчисляется де

Характеристики конденсаторов и каких типов они бывают

В прошлой статье было рассмотрено то, как работают конденсаторы и для чего они нужны. Сейчас Мы рассмотрим очень важные вопросы по подбору конденсаторов- их характеристики и типы. Помните, что очень важно подбирать подходящего типа конденсатор для определенных условий, от этого зависят их эффективность работы, долговечность и целесообразность их применения в каждой конкретной ситуации.

Характеристики конденсаторов

Основные характеристики конденсаторов наносятся на его корпусе, кроме того там указывается тип конденсатора, название фирмы изготовителя и дата выпуска.

Номинальная емкость конденсатора- самый важный параметр. Согласно ГОСТ 2.702 номинальная емкость в пределах от 0 до 9 999 пФ указывается на схемах без указания единицы измерения в пикофарадах , а в пределах от 10 000 пФ до 9 999 мкФ — в микрофарадах с указанием единицы измерения буквами мк, а на самом конденсаторе- мкФ или uF.

После величины емкости указывается допускаемые отклонения от номинального значения.
Второй важный параметр- это величина номинального напряжения (5, 12, 50, 110, 220, 380, 660, 1 000 Вольт и т. п.). Рекомендую брать для работы в схеме всегда конденсатор с запасом по напряжению. И не в коем случае не берите с меньшим номинальным напряжением, а то произойдет пробой диэлектрика и выход из строя конденсатора.
Дополнительные характеристики не всегда наносятся. Это может быть рабочие температуры, рабочий ток переменный или постоянный и т. п.
Другие параметры. Конденсаторы могут быть однофазные и трехфазные, для внутренней или наружной установки.

Основные характеристики Вы всегда найдете на корпусе конденсаторов. На картинке сверху круглый конденсатор на 16мкф и 450 Вольт (АС означает переменное напряжение), а справа на 400 В и 10 uF =10 микрофарад.

Типы конденсаторов

Основная классификация конденсаторов проводится по типу используемого в нем диэлектрика, что определяет главные электротехнические характеристики конденсаторов: величину максимального напряжения, сопротивление изоляции, величину потерь, стабильность ёмкости и т. п.

Основные разновидности по виду диэлектрика:

С жидким диэлектриком.
Вакуумные, у которых обкладки находятся в вакууме без диэлектрика.
С газообразным диэлектриком.
Электролитические и оксид-полупроводниковые конденсаторы. В качестве диэлектрика выступает оксидный слой металлического анода, а с другой электрод (катод)- это электролит, но в оксид-полупроводниковых- это полупроводниковый слой , нанесённый на оксидный слой с другой стороны. Данный тип конденсаторов обладает самой огромной удельной ёмкостью по сравнению с другими.
Конденсаторы с твёрдым органическим диэлектриком— пленочные, бумажные, метало-бумажные, а так же комбинированные — бумажно-плёночные и т. п.
Конденсаторы с твёрдым неорганическим диэлектриком— керамические, стеклянные, слюдяные, из неорганических плёнок, а так же комбинированные- стекло-керамические, стекло-эмалевые, стекло-плёночные и др.

Различаются конденсаторы и по возможности изменения своей ёмкости:

Самые распространенные постоянные конденсаторы, обладающие постоянной емкостью на протяжении всего срока службы.

Переменные конденсаторы применяются в радиоприемниках и не только. Они при работе аппаратуры обладают возможностью изменения ёмкости с использованием механического метода (реостат), либо изменения электрического напряжения (варикапы, вариконды) или температуры (термоконденсаторы).
Подстроечные конденсаторы используются для периодической или разовой подстройки или регулировки ёмкостей в цепях схем, в которых необходимо незначительное изменение ёмкости для нормального функционирования устройств.

По назначению использования конденсаторы делятся на:

Низковольтные общего назначения, самый распространенный вид широко используемый в различных схемах.
Высоковольтные, используемые в цепях с высоким напряжением.

Пусковые, применяемые для запуска электродвигателей.
Импульсные, создающие импульс необходимый для работы фотовспышки, лазеров и т. п..
Помехоподавляющие и т. п.

Обозначение конденсаторов в схеме

Обыкновенный самый распространенный конденсатор обозначается на схеме как показано на рисунке под номером один.
Электролитический обозначается как показано под № 2.
Переменный изображен под номером 3.
Подстроечный конденсатор- 4.

Как правильно подключить параллельно или последовательно конденсаторы Вы сможете прочитать в нашей следующей статье.

Основы электроники. Часть 2. Как работают конденсаторы. Параметры конденсаторов

Часть 1. Заряды, потенциалы, напряжение, ток, сопротивление…
Часть 2. Как работают конденсаторы. Основные параметры конденсаторов.

Итак, конденсатор — это элемент электрической цепи, предназначенный для накопления зарядов. Сразу возникает вопрос: а зачем вообще накапливать заряды? Если вы внимательно читали первую часть, то знаете ответ на этот вопрос: потому что заряды как раз являются источником электрического поля и если в каких-то точках соотношения положительных и отрицательных зарядов разные, то между этими точками будет существовать разность потенциалов. То есть заряженный конденсатор (когда он накопил некоторый заряд) — это как бы мини источник ЭДС, который может отдавать накопленные заряды, поддерживая в цепи электрический ток (при этом сам он, естественно, будет разряжаться). Его принципиальное отличие от источника ЭДС (в котором сторонние силы, обусловленные химической реакцией, переменным магнитным полем или ещё чем-то, разделяют заряды и поддерживают разность потенциалов на его выводах) в том, что в конденсаторе нет сторонних сил (т. е. он сам внутри себя заряды не разделяет) и разность потенциалов между его выводами обеспечивается только теми зарядами, которые он накопил в процессе зарядки (то есть теми зарядами, которые пришли к нему извне).

И ещё одно. Что значит «накапливает заряд»? На самом деле выражение «накапливает» в данном случае означает перераспределение зарядов между обкладками конденсатора и внешней цепью. То есть если заряды на обкладках перераспределятся таким образом, что суммарный заряд на положительной обкладке будет на величину Q больше, чем на отрицательной, то говорят, что конденсатор накопил заряд Q. Куда заряды будут втекать и откуда утекать зависит от того, какая в начальный момент была разность потенциалов между соответствующим выводом конденсатора и той точкой внешней цепи, к которой этот вывод подключили. Короче говоря, главное, что в результате вот этого «накопления» разность зарядов между положительной и отрицательной обкладками станет равна Q.

Важнейшие характеристики конденсатора — это ёмкость и номинальное напряжение.

Итак, сначала ёмкость. Ёмкость — это параметр, который устанавливает связь между изменением заряда на обкладках и изменением напряжения между выводами конденсатора. Ёмкость показывает насколько сильно будет изменяться заряд на обкладках конденсатора при изменении напряжения между его выводами. Ну и, соответственно, от неё же зависит насколько сильно будет изменяться напряжение между выводами при изменении заряда на обкладках. Математически эта связь описывается такой формулой: C=dQ/dU, где dQ — изменение заряда, dU — изменение напряжения между выводами конденсатора. То есть численное значение ёмкости (то, что написано на вашем кондёре) показывает: на сколько Кулон нужно изменить заряд конденсатора, чтобы напряжение между его выводами изменилось на 1 В.

Чтобы было понятнее, можно привести такую аналогию:

Будем считать, что давление воздуха аналогично потенциалу, а количество воздуха (не важно, количество вещества или масса) аналогично заряду. Вполне законное сравнение, если учесть, что давление воздуха в каком-то замкнутом пространстве стремится выровняться по всему объёму и при этом воздух перемещается из областей с высоким давлением в области с низким давлением, причём чем больше разность давлений, тем, при прочих равных условиях, он это делает быстрее (помните, чем больше разность потенциалов — тем больше сила тока, при одинаковом сопротивлении?).

Далее, представьте, что у нас есть закрытая крышкой банка (это будет аналог конденсатора), в которую через дырку в крышке вставлена трубка. Если давление снаружи и внутри банки равно атмосферному, то разности давлений нет, то есть напряжение равно нулю и воздух не будет выходить из банки наружу и не будет заходить снаружи в банку. Теперь представьте, что мы подключили трубку к компрессору, который создаёт на выходе некоторое избыточное давление Pк (избыточное, — то есть на величину Pк больше атмосферного). Компрессор в данном случае будет аналогичен источнику ЭДС. При этом все я думаю прекрасно понимают, что если открыть вентиль, то воздух по трубке начнёт закачиваться в банку, то есть количество воздуха в банке начнёт увеличиваться. Или можно сказать, что наш конденсатор начнёт заряжаться (банка же у нас — это конденсатор). Но по мере увеличения в банке количества воздуха — у нас будет расти и давление в банке, соответственно будет расти разность между давлением в банке и атмосферным давлением (в нашем примере эта разность — аналог напряжения). Давление в банке будет расти до тех пор, пока не сравняется с давлением, создаваемым компрессором. После того, как это произойдёт — ток воздуха по трубке прекратится.

Так вот, величиной, аналогичной электрической ёмкости, в данном случае будет не объём банки (первая ассоциация с ёмкостью, которая приходит на ум, да?), а величина, показывающая на сколько нужно изменить массу воздуха в банке, чтобы давление в ней изменилось на 1 Паскаль. То есть ёмкость в данном случае будет связывать изменение количества воздуха в банке (изменение массы, а не объёма, он у нас постоянный, банка стеклянная и не растягивается) с изменением давления в ней. Математически это выглядело бы вот так C=dM/dP.

Надеюсь с ёмкостью всё понятно, поэтому перейдём ко второй важнейшей характеристике конденсатора — номинальному напряжению. Тут вообще всё просто. Рассмотрим опять аналогию с банкой. Понятно, что если накачивать и накачивать в неё воздух, то давление в ней будет расти, расти и в конце концов банка не выдержит и лопнет. То есть при превышении определённой разницы давлений внутри и снаружи (или можно сказать при превышении напряжения) нашу банку-конденсатор просто разорвёт на части. Точно также обстоят дела и с электрическим конденсатором. Если зарядить его выше некоторого напряжения, то произойдёт пробой, конденсатор разрушится и перестанет функционировать. Обычно в маркировке для конденсатора указывают номинальное напряжение — такое, при котором он может в течение всего срока службы эксплуатироваться без опасений, что произойдёт пробой, разрушение или ещё какие-то его повреждения. В принципе, конденсаторы могут выдерживать некоторые перенапряжения (величина зависит от типа конденсатора, материала диэлектрика и т.д), но тем не менее заряжать конденсатор до напряжения выше номинального крайне не рекомендуется, потому что в этом случае производитель уже не даст гарантии, что параметры конденсатора не ухудшатся и он не разрушится.

Давайте рассуждать дальше. Итак, мы знаем, что напряжение между выводами конденсатора увеличивается вследствие перераспределения зарядов между обкладками и внешней цепью и напрямую связано с количеством накопленного конденсатором заряда. Но заряды у нас не перемещаются мгновенно, следовательно, для того, чтобы конденсатор зарядился и напряжение между его выводами выросло — требуется некоторое время. Точно так же и давление воздуха в банке не вырастает мгновенно при подключении к ней компрессора, а постепенно растёт по мере увеличения количества закачанного воздуха. От чего же зависит скорость заряда конденсатора? Очевидно, что она зависит от того, насколько быстро перераспределяются заряды (то есть от силы тока).

Теперь давайте эти логические рассуждения подкрепим математикой. Возьмём формулу, связывающую ёмкость, заряд и напряжение и перепишем её в таком виде: dQ=C*dU, а затем обе части продифференцируем по времени, получится: dQ/dt=C*dU/dt. В левой части я думаю все узнали выражение для силы тока, поэтому заменив dQ/dt на I, окончательно получим: I=C*dU/dt — выражение, связывающее ёмкость и мгновенные значения силы тока и напряжения на конденсаторе.

«Ну и зачем нам эта формула?», — спросят некоторые товарищи, и будут очень сильно неправы, потому что это вообще-то основная формула, которая используется в расчётах цепей с конденсаторами.

Что нам ещё интересно? Интересно, например, сколько энергии накоплено в конденсаторе и где эта энергия сосредоточена. Как это узнать? Всё так же просто, как и с источником ЭДС, о котором мы говорили в первой части. Раз на обкладках накапливаются заряды и обкладки разделены диэлектриком, значит между обкладками существует электрическое поле. В этом-то электрическом поле и сосредоточена энергия конденсатора. Как её оценить? Очевидно так же, по величине работы, которую это поле может совершить по перемещению зарядов.

Представим, что у нас есть полностью заряженный конденсатор (при этом напряжение на его выводах равно U₁) и мы замкнули его выводы между собой (не важно через какое сопротивление). Какая мгновенная мощность будет при этом выделяться в нашей цепи? Как мы знаем мгновенная мощность определяется выражением P=U*dQ/dt. Работа за какой-то промежуток времени — это определённый интеграл от мгновенной мощности на этом промежутке времени. Очевидно, что для того, чтобы посчитать всю запасённую конденсатором энергию, надо измерять работу за промежуток времени от момента, когда мы замкнули полностью заряженный конденсатор до момента его полного разряда, то есть от момента, когда напряжение на конденсаторе было равно U₁ до момента, когда напряжение на нём станет равным нулю. Это мы запомним. Изменение напряжения и изменение заряда связаны соотношением dU=dQ/C, отсюда dQ=dU*C. Подставив это выражение в формулу для мощности, получим: P=C*U*dU/dt. Перенесём dt в левую часть и проинтегрируем. В левой части получим работу, а в правой определённый интеграл от напряжения. Какие пределы напряжения брать для вычисления этого определённого интеграла? А вот теперь вспоминайте то, что чуть выше запомнили: «от момента, когда напряжение на конденсаторе было равно U₁ до момента, когда напряжение на нём станет равным нулю». Значит в правой части интеграл надо брать от U₁ до нуля. В итоге получится A=C*U₁²/2. Эта работа как раз и равна энергии, запасённой конденсатором. Ровно столько энергии он забирает из внешней цепи, когда заряжается, и ровно столько же энергии отдаёт во внешнюю цепь при разряде.

Ладно, с основными параметрами мы разобрались, где сосредоточена энергия и какова её величина — нашли, теперь переходим к неосновным параметрам, которые характеризуют различные потери на конденсаторе и при определённых условиях бывают очень важны, но значения которых бывает не так просто отыскать.

Первый такой важный параметр — это эквивалентное последовательное сопротивление (обычно употребляют английскую аббревиатуру от equivalent serial resistance — ESR). Что это вообще такое? Дело в том, что при движении по обкладкам и по металлическим выводам конденсаторов электроны испытывают точно такое же сопротивление, как и при движении по любому другому проводнику. Поэтому если мы хотим учесть ESR, то наш конденсатор следует рассматривать как элемент, который обладает не только ёмкостью (обычно именно так представляют идеальный конденсатор), но и последовательно соединённым с ней сопротивлением. Куда девается энергия, отнимаемая у упорядоченно движущихся зарядов в результате наличия сопротивления? Она точно так же, как и в обычном резисторе идёт на нагрев, только в данном случае нагреваются выводы и обкладки конденсатора. Итак, первое, почему важно учитывать ESR — потому, что это основной параметр, определяющий потери энергии в конденсаторе (следовательно от него зависит нагрев конденсатора, если токи заряда/разряда достаточно большие, то нагрев может быть значительным), кроме того, ESR влияет на сглаживающие способности конденсатора.

Именно из-за увеличения ESR при старении обычно вздуваются конденсаторы в блоках питания (ну и ещё из-за уменьшения сопротивления изоляции, но об этом ниже). Можно ли как-то уменьшить это негативное влияние ESR? Да легко, для этого надо подключить параллельно несколько конденсаторов, при этом сопротивления тоже окажутся включенными параллельно. В мощных блоках питания так и делают — ставят целые ряды параллельно включенных конденсаторов, хотя в принципе их можно было бы заменить всего одним или двумя, но большей ёмкости. На рисунке показано как уменьшается ESR при параллельном подключении двух одинаковых конденсаторов. Так что, как видите, включить два конденсатора по 470 мкФ может быть более выгодно, чем один на 1000 мкФ.

Второй важный параметр — это сопротивление изоляции. Этот параметр важен потому, что он позволяет оценить так называемые токи утечки. Что это такое? В принципе у нас обкладки конденсатора разделены диэлектриком, который не пропускает электрический ток, но это в идеале. Реально же сопротивление изоляции не бесконечно велико и, соответственно, когда между обкладками конденсатора есть напряжение, то через изоляцию текут так называемые токи утечки (пусть и очень очень маленькие). С учётом сопротивления изоляции конденсатор можно представить как ёмкость, шунтированную резистором. Каков эффект протекания этих токов? Они естественно тоже влияют на нагрев и сглаживающие свойства конденсатора. Обычно сопротивление изоляции всё таки огромно и токи утечки настолько мизерные, что их вообще не учитывают, но по мере старения конденсатора сопротивление изоляции может ослабнуть и токи утечки могут многократно возрасти. Иногда даже можно услышать: «появились токи утечки», как бы подчёркивая, что раньше они были настолько малы, что их вообще не брали в расчёт. Токи утечки, в свою очередь тоже ведут к повышенному нагреву конденсатора. В этом случае конденсатор просто выкидывают и ставят новый.

Ещё одним важным параметром является эквивалентная последовательная индуктивность — ESI. Она так же как и ESR обусловлена собственной индуктивностью выводов и обкладок конденсатора. Этот параметр начинает оказывать заметное влияние с ростом частоты. Помните, реактивное сопротивление ёмкости с ростом частоты уменьшается, а индуктивности, наоборот, увеличивается. Соответственно, при определённой частоте паразитная индуктивность может начать оказывать большее влияние, чем собственно, ёмкость. Именно поэтому, например, большие толстые электролиты, имеющие большую ESI, крайне плохо справляются с фильтрацией высокочастотных помех, а мелкая керамика, у которой ESI маленькая, — отлично. Хотя по логике, чем больше ёмкость — тем меньше реактивное сопротивление на одной и той же частоте, но в том-то и дело, что на высоких частотах главную роль играет уже не ёмкость, а паразитная индуктивность и ESR. Эквивалентная схема реального конденсатора с учётом ESI приведена на рисунке. Из этой схемы вытекает ещё одно интересное наблюдение. Если мы для борьбы с ESR включили несколько конденсаторов параллельно, то ESR мы конечно уменьшим, но при этом ESI такой сборки — увеличится. Это тоже может быть важным. Ну и хотелось бы добавить, что на нормальных платах ряды электролитов обычно шунтированы такими же рядами керамики (имеющей низкие ESI и ESR), как раз для фильтрации ВЧ помех, которые остаются незамеченными электролитами (с их высокими ESI и ESR).

Идём дальше. Ещё один такой параметр, который очень трудно найти, но тем не менее он существует и иногда его надо учитывать — это максимально допустимый пульсирующий ток через конденсатор, или сокращённо RCR (ripple current ratio, что можно перевести как «величина пульсирующего тока» или «размер токовых пульсаций»).

Ну и наконец последнее, на чём хочется остановиться — это тангенс угла потерь (tgd). Этот параметр равен отношению активной мощности, выделяемой на конденсаторе к реактивной мощности. Активная мощность — это понятное дело в основном мощность обусловленная ESR и сопротивлением изоляции. Реактивная мощность обусловлена ёмкостью и паразитной индуктивностью. Я думаю вполне понятно, что tgd также очень сильно зависит от частоты (потому что компоненты, которые определяют этот параметр зависят от частоты), поэтому сравнивать tgd у разных конденсаторов имеет смысл только когда они измерены для одной и той же частоты. Обычно есть стандартные частоты, на которых измеряют tgd. Буржуины иногда выражают этот параметр в % и называют DF (dissipation factor — фактор рассеяния или фактор потерь) или просто D. А поскольку они очень дотошные товарищи, то у них иногда можно найти даже график зависимости DF от частоты (один раз такой видел).

Обычно если у производителей конденсаторов и можно что-то найти, то это ESR или tgd (DF), но тем не менее надо помнить и про паразитную индуктивность, и про возможность появления токов утечки, и про максимальный ток.

Cпособы маркировки конденсаторов.

Часть 1. Заряды, потенциалы, напряжение, ток, сопротивление…
Часть 2. Как работают конденсаторы. Основные параметры конденсаторов.

Конденсатор, как правильно его заменить

Конденсатор — двухполюсник с постоянным или переменным значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Приняв решение о замене конденсатора на печатной плате, первым делом следует подобрать конденсатор на замену. Как правило, речь идет об электролитическом конденсаторе, который по причине исчерпания своего рабочего ресурса начал создавать нештатный режим вашему электронному устройству, либо конденсатор лопнул из-за перегрева, а может быть вы просто решили поставить конденсатор поновее или получше.

Выбираем подходящий конденсатор на замену

Параметры конденсатора на замену непременно должны подходить: его номинальное напряжение ни в коем случае не должно быть ниже, чем у заменяемого конденсатора, а емкость — никак не ниже, или может быть процентов на 5-10 выше (если это допустимо в соответствии с известной вам схемой данного устройства), чем была изначально.

Наконец, убедитесь, что новый конденсатор подойдет по размеру на то место, которое покинет его предшественник. Если он окажется чуть-чуть поменьше диаметром и высотой — не страшно, но если диаметр или высота больше — могут помешать компоненты, расположенные на этой же плате поблизости или он будет упираться в элементы корпуса. Эти нюансы важно учесть. Итак, конденсатор на замену выбран, он вам подходит, теперь можно приступать к демонтажу старого конденсатора.

Готовимся к процессу

Сейчас необходимо будет устранить с платы неисправный конденсатор, и подготовить место для установки сюда же нового. Для этого вам потребуется, конечно, паяльник, а также удобно к данному действу подготовить кусок медной оплетки для снятия припоя. Как правило, мощности паяльника в пределах 40 Вт будет вполне достаточно даже если на плате был изначально применен тугоплавкий припой.

Что же касается медной оплетки для устранения припоя, то если у вас такой нет, ее весьма несложно изготовить самостоятельно: возьмите кусок не очень толстого медного провода, состоящего из тонких медных жилок, снимите с него изоляцию, слегка пропитайте флюсом (можно простой сосновой канифолью), — теперь эти пропитанные флюсом жилки легко, словно губка, вберут в себя припой с ножек выпаиваемого конденсатора.

Выпаиваем старый конденсатор

Сначала посмотрите, какова полярность выпаиваемого конденсатора на плате: в какую сторону минусом он стоит, чтобы когда будете впаивать новый — не допустить ошибки с полярностью. Обычно минусовая ножка отмечена полосой. Итак, когда оплетка для удаления припоя приготовлена, а паяльник уже достаточно разогрет, сначала прислоните оплетку к основанию той из ножек конденсатора, которую вы решили освободить от припоя первой.

Аккуратно расплавьте припой на ножке прямо через оплетку, чтобы оплетка тоже разогрелась и быстро втянула в себя припой с платы. Если припоя на ножке многовато, двигайте оплетку по мере того как она будет заполняться припоем, собирая на нее весь припой с ножки, чтобы ножка в итоге осталась свободной от припоя. Проделайте это же самое со второй ножкой конденсатора. Теперь конденсатор можно легко выдернуть рукой или пинцетом.

Впаиваем новый конденсатор

Новый конденсатор необходимо установить с соблюдением полярности, то есть минусовой ножкой туда же, где была минусовая ножка выпаянного. Обычно на корпусе электролитического конденсатора минус обозначен полоской, а плюсовая ножка длиннее минусовой. Обработайте ножки конденсатора флюсом.

Вставьте конденсатор в отверстия. Не нужно заранее укорачивать ножки. Разогните ножки немного в разные стороны, чтобы конденсатор хорошо держался на месте и не выпадал.

Теперь, прогревая ножку возле самой платы кончиком жала паяльника, поднесите тычком припой к ножке, чтобы ножка окуталась, смочилась, окружилась припоем. То же самое проделайте со второй ножкой. Когда припой остынет, вам останется укоротить ножки конденсатора кусачками (до той длины, что и у соседних деталей на вашей плате).

Ранее ЭлектроВести писали, АО «Турбоатом» (Харьков) изготовит конденсатор блочно-модульного исполнения с трубными системами из коррозийно-стойкого материала турбоустановки К-1000-60/1500-2 для энергоблока №2 Запорожской АЭС.

По материалам: electrik.info.

ESR конденсатора — что это?

ESR — Equivalent Series Resistance — один из параметров конденсатора, характеризующий его активные потери в цепи переменного тока. В эквиваленте его можно представить, как включенный последовательно с конденсатором резистор, сопротивление которого определяется, главным образом, диэлектрическими потерями, а так же сопротивлением обкладок, внутренних контактных соединений и выводов. В русскоязычной аббревиатуре — Эквивалентное Последовательное Сопротивление — ЭПС.

Потери в диэлектрике, обусловленные особенностями его поляризации, составляют основную часть потерь в конденсаторе и определяются материалом, а так же толщиной слоя диэлектрика.

Поляризация — ограниченное смещение связанных зарядов диэлектрика в электрическом поле.

Рассматривать детально процессы всех видов поляризации здесь нет необходимости, но вкратце это можно пояснить следующим образом:
Частицы диэлектрика, обладающие зарядом, под воздействием переменного электрического поля вынуждены совершать непроизвольные механические колебания, обусловленные их переориентацией и смещением (поляризацией).
В слоях диэлектрика, близких к обкладкам, заряды, не покидая своих связей, активно участвуют во всех процессах формирования напряжения и тока в конденсаторе, как и проводники. По сути, уменьшается толщина слоя реального диэлектрика.
В результате существенно повышается ёмкость конденсатора но, по причине инертности и внутреннего трения связанных частиц, процессы сопровождаются выделением тепла и потерями энергии в токопроводящих слоях диэлектрика. То есть, эти поляризованные слои обладают активным сопротивлением электрическому току.
С увеличением частоты, диэлектрические потери пропорционально возрастают по той же причине — механической инертности поляризованных зарядов.

Сопротивление токопроводящих слоёв диэлектрика последовательно складывается с сопротивлением обкладок, выводов и контактных соединений. В итоге образуется общее активное сопротивление R — Equivalent Series Resistance (ESR). По сути оно представляет собой резистор, включенный последовательно с конденсатором.

В этом случае угол сдвига фаз между током и напряжением будет не 90°, как в идеальном конденсаторе, а несколько меньше.
Тангенс угла δ, составляющего эту разницу с 90°, называют тангенсом угла потерь.

Тангенс угла определится отношением активного сопротивления к реактивному R/Xc, как тригонометрическая функция отношения двух катетов треугольника сопротивлений, показанного на рисунке выше.

В электролитических конденсаторах значимой частью ESR является сопротивление жидкого электролита, который используется в качестве одной из обкладок для обеспечения максимальной площади соприкосновения с диэлектриком.
Активное сопротивление электролита в реальных конденсаторах обычно соизмеримо с десятыми или даже с сотыми долями Ома при 20°C, но для конденсаторов большой ёмкости, используемых в фильтрах выпрямителей ИИП на рабочей частоте порядка 100 кГц, когда его реактивное сопротивление измеряется тысячными долями Ома, эта величина может составлять основные потери, и будет значительно уменьшаться по мере прогрева.
При рабочей температуре величина диэлектрических потерь на таких частотах обычно оказывается в несколько раз больше.

Сопротивление электролита зависит от температуры по причине изменения степени его вязкости и подвижности ионов.

В процессе работы происходит нагрев диэлектрика и электролита переменным током, в связи с чем существенно уменьшается сопротивление электролита, тогда ESR конденсатора будет определяться преимущественно его диэлектрическими потерями, которые продолжат греть конденсатор в допустимых расчётами пределах.
Но, в случаях разогрева до температуры кипения, электролит утрачивает свои первоначальные свойства и при последующем охлаждении становится более вязким, что ухудшает подвижность ионов и повышает активное сопротивление. Дальнейшая эксплуатация будет вызывать ещё больший разогрев и ухудшение качества электролита, что в последствии приведёт к непригодности конденсатора для дальнейшей работы.
Неисправные конденсаторы, в которых кипел электролит, обычно определяются визуально по вздувшемуся и разгерметизированному корпусу.

Для надёжности работы электролитических конденсаторов очень важен правильный выбор его типа, номинала и максимального напряжения в зависимости от режимов и условий эксплуатации.
Для фильтров выпрямителей в преобразователях, работающих на частотах десятков или сотен килогерц, производители выпускают специальные конденсаторы с малым ESR и указывают полное сопротивление переменному току (импеданс Z) для всех номиналов в таблицах.
Тип таких конденсаторов сопровождается пометкой в технической документации — Low impedance или Low ESR.

Для анализа состояния электролита и внутренних соединений электролитических конденсаторов применяются измерители или пробники ESR, которые могут быть выполнены исходя из разных принципов измерений и требований к погрешностям.
Большая часть простых ESR-пробников и тестеров основана на принципе измерения импеданса. У них есть свой существенный плюс — низкоомный вход, что позволяет проверять конденсаторы, не выпаивая их из платы.
Подробнее о способах измерения можно ознакомиться на страничке — измерение ESR.

Наряду с ухудшением качества электролита, часто активное сопротивление в конденсаторах возрастает по причине ухудшения контактов обкладок с выводами, вплоть до полного обрыва. В электролитических это происходит чаще, в металлокерамических реже, телевизионным мастерам все эти случаи хорошо знакомы. А ремонтники старшего поколения, кто застал советские ламповые телевизоры, хорошо помнят бумажные конденсаторы, которые иногда поджимали пассатижами для уплотнения контактных соединений внутри, и они какое-то время ещё работали.

Для чего нужна таблица?
Большинство пробников и тестеров, обычно светодиодные или стрелочные, измеряют импеданс — общее сопротивление конденсатора (активное и реактивное). Активное отдельно замерить сложнее, но оно и есть потери — значение ESR.
При измерении ёмкостей менее 100 микрофарад, реактивная составляющая уже оказывается соизмеримой, а иногда больше значения ESR, и существенно влияет на результат. А в конденсаторах менее 10 мкф и вовсе значение ESR во много раз меньше и его доля незначительна в общем показании. Точно замерить ESR у них невозможно такими пробниками, но выявить неисправные конденсаторы можно.
Другими словами, реактивное сопротивление в показаниях таких приборов — неудобная погрешность, зависимая от ёмкости конденсатора. Её надо учитывать при оценке качества конденсатора для разных ёмкостей.
К тому же ESR зависит от толщины слоя электролита и диэлектрика. Для высоковольтных и крупногабаритных конденсаторов эти значения учитываются производителями в зависимости от области применения.
Никакой пропорциональной зависимости ESR от других параметров конденсатора не существует, поэтому для оценки его качества в практике используются таблицы.

Все существующие таблицы — условны и не всегда объективно определяют допустимые значения для всех измерителей. Публикуют их часто для популяризации сайтов, поэтому важно понимать суть значений в таблицах.
Тем более, разные пробники работают на разных принципах или частотах (от 10 до 100 кГц), разница показаний в 5 или 10 раз может отличаться от табличных лишь по этой причине.
Очень полезно самому замерить значения ESR у новых конденсаторов разных производителей и составить свою таблицу для своего пробника. Это уже будут реальные показатели. Тогда их можно сравнить с неисправными конденсаторами и со значениями их реактивных сопротивлений, чтоб сделать какие-то выводы о критичности.
В преобразователях блоков питания греют конденсатор паразитные десятые, иногда сотые доли Ома и, если их сможет показать Ваш измеритель, уже неплохо. Импульсный ток в конденсаторах достигает десятков Ампер и активные десятые доли Ома для 10 Ампер — это уже реальные Ватты — нагрев.
Габариты конденсатора тоже имеют существенное значение, они будут охлаждать электролит, это надо учитывать при выборе типа конденсатора в мощных преобразователях.
Практика показала, тонкие конденсаторы Low ESR, установленные при замене в блоках питания вместо крупногабаритных обычных, частенько долго там не живут, перегреваются, закипают и вздуваются иногда уже через несколько месяцев работы.

Для самого популярного в ИИП конденсатора 1000мкф x 25в часто в таблицах указывают 0.08 Ом, как норму. А в других таблицах 0.8 Ом. Какой прибор что мерит, кто и для каких цепей определил ему норму — загадки.
Проверьте для сравнения своим прибором этот конденсатор новый от разных производителей, в том числе с пометкой Low ESR, тогда оценка будет объективнее.

Таблица Боба Паркера для ESR-метра K7214

uF\V	10V	16V	25V	35V	50V	160V	250V
1 uF				14	16	18	20
2.2 uF			6	8	10	10	10
4.7 uF			15	7.5	4.2	2.3	5
10 uF		6	4	3.5	2.4	3	5
22uF	5.4	3.6	2.1	1.5	1.5	1.5	3
47 uF	2.2	1.6	1.2	0.5	0.5	0.7	0.8
100 uF	1.2	0.7	0.32	0.32	0.3	0.15	0.8
220 uF	0.6	0.33	0.23	0.17	0.16	0.09	0.5
470 uF	0.24	0.2	0.15	0.1	0.1	0.1	0.3
1000 uF	0.12	0.1	0.08	0.07	0.05	0.06
4700 uF	0.23	0.2	0.12	0.06	0.06

Рассчитаем округлённо реактивное сопротивление для популярных номиналов при усреднённой частоте пробников 20 кГц, чтобы иметь представление хотя бы о порядке их идеальных значений.

Ещё раз напомню, никакой пропорции между ESR и этими значениями быть не может. Тем более, с учётом конструктивных особенностей электролитических конденсаторов для разных габаритов и вольтажа.
Повторюсь. Это лишь реактивное сопротивление, которое имеет большее значение при измерении конденсаторов меньшей ёмкости, как реальная погрешность для пробников, основанных на измерении импеданса.
То есть, чистое значение ESR у конденсатора 100 мкф и 1 мкф может быть одинаковым, а прибор покажет разницу в десятки раз, ибо добавит ёмкостное значение, которое будет решающим для показаний прибора на измеряемой частоте у малых ёмкостей.

Реактивное сопротивление конденсаторов, частота 20кГц:
1000 мкф — 0.008 Ом.
470 мкф — 0.017 Ом.
220 мкф — 0.036 Ом.
100 мкф — 0.08 Ом.
47 мкф — 0.17 Ом.
22 мкф — 0.36 Ом.
10 мкф — 0.8 Ом.
4.7 мкф — 1.7 Ом.
2.2 мкф — 3.6 Ом.
1 мкф — 8 Ом.
0.47 мкф — 17 Ом.
Поможет калькулятор расчёта реактивного сопротивления конденсаторов.

Более сложные цифровые приборы способны замерить точные значения во время заряда конденсатора постоянным током, рассчитать его ёмкость и ESR без реактивной составляющей.
Но измерение постоянным током не учитывает диэлектрические потери, которые напрямую зависят от частоты. Кроме того, конденсаторы нужно выпаивать из платы для таких замеров.

Пробниками обычно быстро проверяют конденсаторы на неисправность, не выпаивая их, а это существенный выигрыш в оперативности для мастера — ремонтника. Ему не всегда нужны точные показания сложных приборов, чаще бывает важно своевременно и правильно выявить неисправную деталь в устройстве. К погрешностям на реактивность в практике мастера просто привыкают, когда годами пользуются одним и тем же пробником.

Спасибо за внимание!

Замечания и предложения принимаются и приветствуются!

характеристики конденсатора ?

kpect

скоко вольт и ёмкость какая ? в идеальном-наилучшем варианте
просто хочу штатный на чёнить заменить
и модель какая круче ? ну там бумажный али какой …….

вольт вроде ~250 надо
а ёмкость не припомню

_dozer

0.33 mkF, вольт на 300 и выше. модель принципиальной роли не играет.

manowar

c 0.33 уменьшится скоростьнарастания напряжения… 0.033 -это уже ближе к телу..
напряжение лучше вольт 600

_dozer

s 0.033 budut obgorat kontakty

manowar

для _dozer:они и так обгорают. но 0.3 явно завышенно.

kpect

у меня ~0,045 мкФ
мож всётаки поболее поставить
0,3 каких?

manowar

не забивай себе голову.
0.033 должен быть.

ZeroForce

Кондер стоит просто, чтобы не обгорали контакты. Т.к. из курса ТОЭ известно, что ток в цепи с индуктивностью не может измениться мгновенно. Вот согласно этому закону на разомкнутых контактах прерывателя наводится нехилое напряжения (цепь старается удержать ток на старом значении) и поэтому контакты искрят. А кондер просто забирает в себя энергию (там типа колебательного контура — сложно объяснять) и вместо пробивания контактов, напруга уходит на заряд кондера. Так что увеличение его емкости в большую сторону никакой роли не играет, он просто не будет успевать заряжаться до конца, да и фиг с ним.
Хотя кондер и разряжается через катушку, на искру это сильно не влияет. Когда у меня была механика, я эксперементировал с кондерами. Ставил вообще 0,5 мкФ
Не заметил не ухудшения, ни улучшения характеристик.

MaxLeRoi

А что за кондёр — куда его пхать и нах?

manowar

для ZeroForce:только ты не забывай,чем больше емкость кондюка-тем меньшая накопленная энергия катушки уйдет в искру.
а у Креста всё довольно просто- он не написал ,что катушка у него от электронного зажигания , и ток там шпарит раза в 4 больший…..

walera

Лучше всего поставит конденсатор от Волги и всё будет нормально и искра побольше….

manowar

для walera:откуда такая инфа? а от камаза не пробовал(он на солярке ),может еще круче будет?

manowar

для walera:соори за сарказм,но очень похоже на двух фидошников ,вертящих в руках сожженый i486sx33
один другому:слушай, а если-бы на него не 10 , а 20 вольт подали-бы ,он бы наверное как пентиум работал-бы?
второй: не знаю, но и так хороший значок получился.
дело не в ёмкости кондера .тоесть чем больше емкость кондера -тем меньше мощность искры как на свечах ,так и на контактах… по идее последовательно с кондером должен идти еще и резистор сопротивлением ом 5-10 , скорее всего он «интегрирован» в конденсатор… иначе получали-бы при размыкании затухающие колебания ,а не резкий всплеск напряжения на свечах…вот резюк и нужен ,для уменьшения добротности колебательного контура ,образованного кондером и катушкой.да и с увеличением ёмкости кондера без резюка должно возрасти искрение(энергия индуктивного выброса накопленная в кондера тоже должна куда-то деваться….)
для kpect:нарой обычный кондер от такого-же прерывателя и поставь его… искрение ,которое у тебя было связанно с большим током через контакты , из-за катушки с низким сопротивлением. и никаким кондером ты бы ток через контакты не убрал-бы…единственно можно было-бы тебе предложить установить примитивное электронное зажигание,разгружающее контакты..
схема есть-отпиши на [email protected]вышлю. остальным желающим тоже могу выслать..только не пишите в конфу » и мне вышли !» ,»и мне тоже»… вышлю всем приславшим на почту запрос на эту схему.

ZeroForce

для manowar:
Слышь, что то я не въехал в твои размышления. Каким образом кондер отдает энергию в катушку то? Когда контакты прерывателя замкнуты, кондер то зашунтирован, а когда они размыкаются и идет разряд на катушке, он только начинает заряжаться и заряжается как раз тем всплеском напруги, который получается, когда рвется цепь с индуктивностью. Потом контакты прерывателя опять замыкают его накоротко и процесс повторяется.

manowar

для ZeroForce:там не написанно ,что кондер отдает энергию в катушку.. как раз наоборот, при размыкании катушка выдает накопленную энергию в кондер.

ESR конденсатора, что это за параметр и почему он так важен для конденсатора | Энергофиксик

ESR (или эквивалентное последовательное сопротивление) — один из самых важных параметров конденсаторов. А вот для чего так важно знать этот параметр и пойдет речь в этой статье.

Содержание

Реальные параметры конденсатора

Высокое значение ESR, чем оно вредно для аппаратуры

Электролитические конденсаторы и ESR

ESR табличные параметры

Измерение ESR

Заключение

Реальные параметры конденсатора

В нашем мире нет ничего идеального и даже, казалось бы, в простейшем конденсаторе, кроме параметра – емкость, есть еще ряд других параметров, которые просто необходимо учитывать. Давайте рассмотрим, из чего состоит реальный конденсатор.

yandex.ru

Итак, теперь давайте расшифруем, что же означают все эти элементы:

— R – сопротивление самого диэлектрика и корпуса между обкладками конденсатора.

— С – непосредственно сама емкость рассматриваемого конденсатора.

— ESR – эквивалентное последовательное сопротивление.

— ESI (более распространенное название ESL) – эквивалентная последовательная индуктивность.

Вот из таких элементов и состоит вроде бы простой электролитический конденсатор.

Теперь давайте рассмотрим каждый из элементов более пристально.

Сопротивление диэлектрика (R)

В роли диэлектрика может выступать сам электролит в электролитических конденсаторах, либо любой другой вариант. Также корпус обладает определенным сопротивлением и тоже произведен из диэлектрического материала.

Емкость конденсатора (С)

Величина аккумулируемого заряда указана на самом корпусе изделия, реальная емкость может несколько отличаться от той, что записана.

Последовательная индуктивность ESI (ESL)

Собственная индуктивность обкладок и выводов. В схемах с низкой частотой этим параметром можно просто напросто пренебречь.

ESR

Так вот ESR — это не что иное, как сопротивление выводов и обкладок.

yandex.ru

И данная величина высчитывается по такой формуле:

yandex.ru

Где:

ρ – удельное сопротивление проводника;

I – длина проводника;

S – площадь поперечного сечения.

По выше представленной формуле вы сможете рассчитать (правда приблизительно) величину сопротивления выводов и обкладок конденсатора.

Но чтобы не сидеть с калькулятором и линейкой, давно созданы специальные приборы.

Высокое значение ESR, чем оно вредно для аппаратуры

Теперь давайте разберемся, чем вредно высокое значение ESR. До того времени, пока в электронике балом стали править импульсные блоки питания никому никакого дела не было до этого параметра.

Ведь при постоянном токе и при низких частотах конденсатор сам по себе оказывает большое сопротивление протекающему электрическому току. И при таких условиях паразитные доли сопротивления ESR просто никого не волновали. А вот конденсатор в ВЧ цепях — это совершенно другая история.

Как известно, конденсатор пропускает переменную составляющую. И при росте частоты сопротивление конденсатора падает. Это утверждение верно, согласно данной формуле:

yandex.ru

Где:

Xс– сопротивление самого конденсатора, измеряемое в Ом;

П – 3,14;

F – частота, измеряется в Герцах;

С – емкость, измеряется в Фарадах.

Но одну очень важную деталь мы упустили, а именно то, что при росте частоты сопротивление выводов и пластин имеет постоянную величину.

И если представить себе изделие с бесконечно большой частотой, то в нем сопротивление конденсатора будет равняться его ESR.

А это значит, что по факту конденсатор становится ни чем иным как резистором.

А мы знаем с вами, что резистор в любой сети во время работы рассеивает часть мощности на себе. И выразить эту мощность можно по следующей формуле:

yandex.ru

Где

I – сила протекающего тока;

R – сопротивление резистора ESR, измеряется в Омах.

Из этого следует довольно простой и логичный вывод: чем выше будет ESR, тем больше мощности будет рассеиваться. То есть будет больше все нагреваться.

А это значит, если конденсатор обладает большим значением ESR, то и греться он будет гораздо сильнее. А это крайне нежелательно, ведь с ростом температуры у конденсатора будет изменяться емкость.

У конденсаторов даже есть такой параметр как TKE – температурный коэффициент емкости, который как раз и показывает на сколько «уходит» емкость от заявленных параметров в зависимости от роста температуры.

Электролитические конденсаторы и ESR

В большинстве случаев параметр ESR относится именно к электролитическим конденсаторам. Ведь именно электролит, при разогревании начинает терять свою емкость, что несомненно плохо.

Нагрев приводит к быстрому старению и вздутию изделия. И у таких конденсаторов в первую очередь начинает расти ESR, а емкость некоторое время может оставаться даже неизменной (соответствовать надписи на корпусе).

yandex.ru

Довольно часто конденсаторы распухают в импульсных блоках питания и материнских платах. И первым признаком такого дефекта является тот факт, что изделие начинает включаться не сразу, а с задержкой.

ESR табличные параметры

Чтобы проверить параметр ESR, нужно знать какая величина является нормой, вот небольшая табличка значений для электролитических конденсаторов.

yandex.ru

Измерение ESR

Мы разобрались, что такое ESR и почему этот параметр так важен, теперь давайте узнаем как и с помощью каких приборов этот параметр измерять.

Для этого нам понадобиться RLC – транзистометр, который как раз и способен замерить этот крайне важный параметр. И несколько подопытных конденсаторов.

Производим замеры

Как вы видите, параметр ESR у всех проверенных конденсаторов не превышает табличных значений, а значит, эти конденсаторы вполне можно использовать в высокочастотных схемах.

Изделия с низким ESR

Технологии непрерывно развиваются и сейчас большинство схем строятся на ВЧ части. Поэтому к конденсаторам выдвигаются особые требования. Именно поэтому все больше используются конденсаторы с маркировкой LOW ESR, которые так же могут выделяться золотым цветом.

На сегодняшний день наименьшим ESR обладают керамические и SMD — керамические конденсаторы.

yandex.ru

Заключение

Вот такой он немаловажный параметр конденсаторов, который желательно проверить перед сборкой любой поделки. А поможет в проверке RLC транзистометр, который вы можете купить по этой ссылке. Понравилась статья, тогда ставим палец вверх. Спасибо за ваше внимание!

Учебное пособие по конденсаторам

— символ, параметры, соединения

Конденсатор учебник

Конденсатор — основной пассивный электронный компонент (рядом с индуктором и резистором ), который состоит как минимум из двух электрических проводников (пластин) и разделяющего их диэлектрика (изолятор). После подачи напряжения на пластины начинается сбор электрического заряда .
В зависимости от конструкции, параметров и типа системы, в которой применяются конденсаторы, они могут собирать энергию , задействовать (передача энергии), фильтровать и блокировать сигналы . Фильтры и RC-таймеры получили свое название от комбинации резистора и конденсатора в одной системе — аналогично в системе RLC использовались резистор и конденсатор, но с добавлением катушки .

Рис. 1. Символ конденсатора

Емкость конденсатора (количество заряда, которое может накапливать конденсатор) выражается в фарадах [F] .Несмотря на то, что 1 Фарад — это большая единица, обычно производимые конденсаторы имеют значения емкости пико [ пФ] , нано [ нФ ] и микро [ мкФ ] фарад.

C — емкость конденсатора [F — F арад]
Q — электрический заряд на одной пластине [ C — C oulomb]
V — напряжение между пластинами [ V — V olt]

Конденсаторы — Дивизион

электролитические — работают только на низких частотах, имеют значительную емкость и величину утечки,
керамика — обычно работают на высоких частотах, подстроечные конденсаторы, которые представляют собой конденсаторы переменной емкости, также изготавливаются из этого материала,
полимер — (пластик) — пригодны для работы при больших токах и отличаются высоким сопротивлением напряжению.

Конденсатор — Основные технические параметры

Номинальная мощность — значение, указанное производителем, оно определяет мощность этого элемента,
Допуск емкости — указывается в процентах [%], максимальное отклонение фактической стоимости товара от его номинальной стоимости,
Номинальное напряжение — максимально допустимое значение напряжения для соответствующего компонента, обычно выражается как сумма напряжения и пикового значения переменного напряжения,
Испытательное напряжение — значение напряжения, которое конденсатор способен «выдержать» за короткое время,
Температурный коэффициент емкости ( TCC ) — описывает максимальное изменение емкости в заданном диапазоне температур,
Leakage — отвечает за саморазряд конденсатора, зависит от сопротивления изоляции,
Сопротивление импульсам напряжения — описана оптимальная частота заряда и разряда конденсатора,
Коэффициент рассеяния конденсатора (tan δ) — зависит от температуры и частоты, чем выше значение, тем хуже качество конденсатора.

Конденсаторы — последовательное и параллельное соединение

Как и в случае катушек индуктивности и резисторов, конденсаторы можно подключать параллельно и последовательно.

Последовательное соединение:

Рис. 2. Конденсаторы, включенные последовательно

Емкость последовательно соединенных конденсаторов (в отличие от резисторов) может быть описана следующей формулой:

Параллельное соединение

Емкость конденсаторов, соединенных параллельно, определяется по формуле:

Электрический заряд конденсаторов, соединенных параллельно, представляет собой сумму зарядов, собранных на них — как показывает приведенное выше соотношение.

Рис. 3. Параллельное соединение конденсаторов

Предыдущая статьяКатушка / индуктор — основы, определение и параметрыСледующая статьяКак работает биполярный транзистор? — Определение и учебник

Я Майкл. Я и мой друг Джон изучаем электронику. Мы создаем этот сайт, чтобы помочь студентам и всем интересующимся разбираться в электронике.

Распиновка керамического конденсатора, описание, параметры и техническое описание

Контакт Конфигурация

Керамические конденсаторы не имеют полярности.То есть их можно соединить в любом направлении. Они совместимы с макетными платами и могут быть легко использованы на перфокартах. Обозначение керамического конденсатора представляет собой две простые линии, как показано выше, поскольку они не имеют полярности.

Примечание: Есть много типов конденсаторов; однако керамические конденсаторы являются наиболее широко используемыми, и этот документ применим только к ним.

Керамический конденсатор

Характеристики

Тип конденсатора — керамический
Имеет большой диапазон значений емкости от 10 пФ до 3.3 мкФ
Имеет широкий диапазон значений напряжения от 16 В до 450 В.
Выдерживает максимальную температуру 105 ° C

Конденсаторы других типов

Керамический конденсатор, коробчатый конденсатор, переменный конденсатор, майларовые конденсаторы.

Идентификация керамических конденсаторов

Значение керамической емкости на конденсаторе не указывается.0 равно 0.

Номинальное напряжение конденсатора можно найти, используя строку под этим кодом. Если линия есть, то значение напряжения составляет 50/100 В, если линии нет, то это 500 В.

Наиболее часто используемые значения конденсаторов вместе с их преобразованием в Пико Фарад, Нано Фарад и микрофарады приведены ниже.

Код	Пикофарад (пФ)	Нанофарад (нФ)	Микрофарад (мкФ)
*100*	10	0.01	0,00001
*150*	15	0,015	0,000015
*220*	22	0.022	0,000022
*330*	33	0,033	0,000033
*470*	47	0.047	0,000047
*331*	330	0,33	0,00033
*821*	820	0.82	0,00082
*102*	1000	1,0	0,001
*152*	1500	1.5	0,0015
*202*	2000	2,0	0,002
*502*	5000	5.0	0,005
*103*	10000	10	0,01
*683*	68000	68	0.068
*104*	100000	100	0,1
*154*	150000	150	0.15
*334*	330000	330	0,33
*684*	680000	680	0.68
*105*	1000000	1000	1,0
*335*	3300000	3300	3.3

Выбор параметров конденсатора

Вы когда-нибудь задумывались о типах керамических конденсаторов , доступных на рынке, и о том, как выбрать один для вашего проекта? Керамические конденсаторы можно классифицировать по двум основным параметрам. Один из них — это их емкость (К-Фарад) , а другой — его номинальное напряжение (В-В) .

Конденсатор — это пассивный компонент, который может накапливать заряд (Q).Этот заряд (Q) будет произведением значения емкости (C) и приложенного к нему напряжения (V). Значение емкости и напряжения конденсатора будет указано на его этикетке.

Следовательно, количество заряда конденсатора можно найти, используя значение напряжения (В) и емкости (C) конденсатора.

C = Q × V

Конденсатор последовательно и параллельно

В большинстве схем значение емкости не обязательно должно быть точно таким же, как указано в схеме.Более высокое значение емкости обычно не влияет на работу схемы. Однако значение напряжения должно быть таким же или выше указанного значения, чтобы предотвратить риск, упомянутый выше в мерах предосторожности. В этом случае, если у вас нет точного значения, вы можете использовать конденсаторы, включенные последовательно или параллельно, для достижения желаемого значения.

Когда два конденсатора подключены последовательно , тогда значение емкости (C) складывается обратно пропорционально, а номинальное напряжение (В) складывается напрямую последовательно, как показано на рисунке ниже.

Когда два конденсатора подключены параллельно, , тогда значение емкости (C) складывается напрямую, а номинальное напряжение (V) при параллельном подключении остается таким же, как показано на рисунке ниже.

Приложения

Фильтрующие контуры, такие как фильтр высоких / низких частот и т. Д.
Убрать шум из цепи
Сглаживание пульсаций в преобразователях
Светодиодные схемы с затухающим светом
Резонансные цепи.
Цепи развязки и байпаса

2D-представление (тип F)

* Значения указаны в таблице данных

Основные сведения о конденсаторах

| Основы электроники

Что такое конденсатор?

Конденсаторы — это компоненты, которые могут временно накапливать электрический заряд, и производительность которых определяется тем, сколько заряда может быть сохранено. Как следует из названия, в танталовых конденсаторах используется тантал для обеспечения превосходных характеристик накопления заряда.

Типы конденсаторов

На рынке представлены 3 основных типа конденсаторов: алюминиевые электролитические, многослойные керамические и танталовые. Характеристики и производительность каждого из них будут отличаться в зависимости от типа используемого материала.


Алюминиевый электролитический конденсатор	Многослойный керамический конденсатор	Танталовый конденсатор

Тип	Алюминиевый электролитический конденсатор	Многослойный керамический конденсатор	Танталовый конденсатор
Диэлектрик	Оксид алюминия	Керамика разная	Пятиокись тантала
Диапазон напряжения	4 ～ 400 В	6.3 ～ 250 В	2,5 ～ 50 В
Емкость	47 ～ 10000 мкФ	0,001 ～ 100 мкФ	0,47 ～ 1000 мкФ
Преимущества	Широкий диапазон емкостей и напряжений пробоя Недорого	Хорошие высокочастотные характеристики Неполяризованный	Компактный, большой емкости Стабильная емкость
Недостатки	Утечка может ограничить срок службы Большой размер поляризованные	Большие вариации емкости Склонен к растрескиванию и скалыванию	Вид отказа: короткое замыкание поляризованные

Что такое танталовый конденсатор?

Тантал — это металл, название которого происходит от Тантала, антигероя из греческой мифологии.
Как правило, танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа изготавливаются путем формирования электродов на обоих концах танталового элемента с использованием выводной рамки с последующим уплотнением конструкции смолой для форм.

Применение конденсаторов

Конденсаторы

(включая тантал) часто используются в следующих приложениях.

Резервное копирование (аккумулятор)

Использование в качестве аккумулятора

Когда ток нагрузки увеличивается из-за прерывания подачи питания или внезапного увеличения скорости привода ИС, линейное напряжение от источника питания может упасть, что может вызвать неисправность ИС.Чтобы предотвратить это, заряд, накопленный в конденсаторе, подается на ИС, временно поддерживая линейное напряжение.

Развязка

Использование характеристик переменного тока

Для обеспечения стабильного постоянного напряжения используются конденсаторы для удаления высокочастотного шума, вызванного высокоскоростным приводом цепи, или внешнего шума, наложенного на линию питания. Применяется в общих схемах питания.

Муфта

В этом приложении конденсатор снимает напряжение смещения постоянного тока с предыдущего каскада и пропускает только напряжение переменного тока.

Обычно используется в аудиосхемах.

Танталовый конденсатор

КОНДЕНСАТОР: 6 ступеней

В некоторых проектах требуются промежуточные значения емкости, отличные от стандартных. Не волнуйтесь !!!

Вы можете легко задать любое требуемое значение емкости.

Последовательное или параллельное подключение емкости помогает создать любое требуемое значение емкости.

При параллельном подключении все значения емкости складываются, тогда как при последовательном соединении общее значение емкости уменьшается.

Конденсаторы, подключенные параллельно —

При параллельном подключении конденсаторов эффективная емкость определяется как -> C = (C1 + C2 + C3 + ……)

Например —

We есть три конденсатора номиналом — 10 мкФ, 100 мкФ и 20 мкФ.

Итак, если мы соединим их параллельно, мы получим эффективную емкость как —

C = 10 + 100 + 20

C = 130 мкФ

Это показывает, что значение емкости увеличилось.

Примечание. Здесь, поскольку все конденсаторы включены параллельно, номинальное напряжение остается одинаковым для всех.Все конденсаторы, подключаемые параллельно, должны иметь одинаковое номинальное напряжение. Если это не так, то преобладает конденсатор с наименьшим номинальным напряжением, и этот номинал является максимальным номиналом конденсаторов, подключенных параллельно.

Таким образом, вы можете получить любое необходимое большое значение емкости.

Емкость в серии —

Когда конденсаторы соединены последовательно, эффективная емкость определяется как -> C = 1 / [(1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3) +…..]

Например —

У нас есть три конденсатора номиналов — 100 мкФ, 50 мкФ и 20 мкФ.

Итак, если мы соединим их последовательно, мы получим эффективную емкость как —

C = 1 / [(1/100) + (1/50) + (1/20)]

C = 1 / [(0,01 ) + (0,02) + (0,05)]

C = 1 / [0,08]

C = 12,5 мкФ

Это показывает, что значение емкости уменьшилось.

Примечание. Здесь, поскольку все конденсаторы включены последовательно, номинальное напряжение суммируется.Все подключаемые последовательно конденсаторы могут иметь любое номинальное напряжение. Общая сумма номинальных напряжений каждого конденсатора обозначает максимальное номинальное напряжение конденсаторов в серии

Таким образом, таким образом вы можете получить любое требуемое малое значение емкости.

Каковы частотные характеристики импеданса / ESR конденсаторов?

Направляющая конденсатора

14.02.2013

Основные сведения о конденсаторах описаны в этой технической колонке.
Сегодняшний столбец описывает частотные характеристики величины импеданса | Z | и эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) в конденсаторах.

Понимание частотных характеристик конденсаторов позволяет определить, например, возможности подавления шума или возможности управления колебаниями напряжения линии питания. Следовательно, частотные характеристики являются важными параметрами, необходимыми для проектирования схем. В этом столбце описаны два типа частотных характеристик: импеданс | Z | и СОЭ.

1. Частотные характеристики конденсаторов

Полное сопротивление Z идеального конденсатора (рис. 1) показано формулой (1), где ω — угловая частота, а C — электростатическая емкость конденсатора.

Из формулы (1) величина импеданса | Z | уменьшается обратно пропорционально частоте, как показано на рисунке 2. В идеальном конденсаторе потери отсутствуют, а эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) равно нулю.

В реальных конденсаторах (рис.3), однако существует некоторое сопротивление (ESR) из-за потерь из-за диэлектрических веществ, электродов или других компонентов в дополнение к компоненту емкости C и некоторой паразитной индуктивности (ESL) из-за электродов, выводов и других компонентов. В результате частотные характеристики | Z | образуют V-образную кривую (или U-образную кривую в зависимости от типа конденсатора), как показано на рисунке 4, а ESR также показывает частотные характеристики для значений, эквивалентных потерям.

Причина, по которой | Z | и кривые формы СОЭ, подобные показанным на рисунке 4, можно объяснить следующим образом.

Область низких частот:

| Z | в регионах с низкой частотой частота уменьшается обратно пропорционально частоте, как в идеальном конденсаторе. ESR показывает величину, эквивалентную диэлектрическим потерям из-за задержки поляризации в диэлектрическом веществе.

Рядом с точкой резонанса:

При повышении частоты ESR в результате паразитной индуктивности, удельного сопротивления электродов и других факторов вызывает | Z | поведение отклоняется от идеального конденсатора (красная пунктирная линия) и достигает минимального значения.Частота, на которой | Z | это минимальное значение, называемое собственной резонансной частотой, и в это время | Z | = ESR. При превышении собственной резонансной частоты характеристика элемента меняется от конденсатора к катушке индуктивности, и | Z | начинает увеличиваться. Область ниже собственной резонансной частоты называется емкостной, а область выше — индуктивной.

На

ESR помимо диэлектрических потерь влияют потери, вызванные электродом.

Область высоких частот:

В частотных зонах даже выше точки резонанса | Z | характеристики определяются паразитной индуктивностью (L).| Z | в высокочастотной области приближается к формуле (2) и увеличивается пропорционально частоте.

Что касается СОЭ, начинают проявляться скин-эффекты электродов, эффекты близости и другие эффекты.

Выше было объяснение частотных характеристик реального конденсатора. Главное помнить, что при повышении частоты нельзя игнорировать ESR и ESL. Поскольку растет число приложений, в которых конденсаторы используются на высоких частотах, ESR и ESL становятся важными параметрами, показывающими характеристики конденсатора, в дополнение к значениям электростатической емкости.

2. Частотные характеристики различных типов конденсаторов

В предыдущем разделе объяснялось, что паразитные компоненты конденсаторов, такие как ESR и ESL, сильно влияют на их частотные характеристики. Поскольку типы паразитных компонентов различаются в зависимости от типа конденсатора, давайте посмотрим на различные частотные характеристики разных типов конденсаторов.

На рисунке 5 показан | Z | и частотные характеристики ESR различных конденсаторов электростатической емкостью 10 мкФ.За исключением пленочного конденсатора, все конденсаторы относятся к типу SMD.

Поскольку электростатическая емкость всех конденсаторов, показанных на Рисунке 5, составляет 10 мкФ, | Z | значение одинаково для всех типов в емкостной области на частотах ниже 1 кГц. Повышаясь выше 1 кГц, | Z | значения увеличиваются намного выше в алюминиевом электролитическом конденсаторе и танталовом электролитическом конденсаторе, чем в многослойном керамическом конденсаторе и пленочном конденсаторе. Это связано с высоким удельным сопротивлением материала электролита и большим ESR алюминиевого электролитического конденсатора и танталового электролитического конденсатора.Пленочный конденсатор и многослойный керамический конденсатор используют металлические материалы для своих электродов и поэтому демонстрируют очень минимальное ESR.

Многослойный керамический конденсатор и этилированный пленочный конденсатор показывают примерно одинаковые характеристики до точки резонанса, но собственная резонансная частота выше и | Z | в индуктивной области ниже в многослойном керамическом конденсаторе. Это связано с тем, что в этилированных пленочных конденсаторах индуктивность не больше индуктивности выводного провода.

Эти результаты показывают, что в многослойных керамических конденсаторах SMD-типа в широком диапазоне частот полное сопротивление невелико, что делает их наиболее подходящими конденсаторами для высокочастотных приложений.

3. Частотные характеристики многослойных керамических конденсаторов

Существуют также разные типы многослойных керамических конденсаторов из разных материалов и различной формы. Давайте посмотрим, как эти факторы влияют на частотные характеристики.

(1) СОЭ
ESR в емкостной области зависит от диэлектрических потерь, вызванных диэлектрическим материалом. Материалы с высокой диэлектрической проницаемостью класса 2 обычно имеют более высокие уровни ESR, поскольку в них используются сегнетоэлектрики. В материалах с температурной компенсацией класса 1 используются параэлектрики, поэтому они обладают очень небольшими диэлектрическими потерями и низким уровнем ESR.
В дополнение к удельному сопротивлению материала электрода, форма электрода (толщина, длина, ширина) и количество слоев, уровни ESR на высоких частотах от точки резонанса до индуктивной области также зависят от скин-эффекта и эффектом близости.В качестве электродного материала часто используется никель, но для конденсаторов с низкими потерями иногда выбирают медь с низким удельным сопротивлением.

(2) ESL
На ESL многослойных керамических конденсаторов сильно влияет структура внутреннего электрода. Если размер внутреннего электрода обозначен как длина l, ширина w и толщина d, индуктивность ESL электрода может быть выражена формулой (3) согласно Ф. В. Гроверу.

Из этой формулы очевидно, что ESL уменьшается по мере того, как электроды конденсатора становятся короче, шире и толще.

На рисунке 6 показано соотношение между номинальной емкостью и собственной резонансной частотой для многослойных керамических конденсаторов различных размеров. Вы можете видеть, что при уменьшении размера частота собственного резонанса увеличивается, а ESL уменьшается при той же емкости. Это означает, что конденсаторы небольшой емкости с короткой длиной l лучше всего подходят для высокочастотных приложений.

На рисунке 7 показан обратный конденсатор LW с короткой длиной l и большой шириной w. Из частотных характеристик, показанных на рисунке 8, вы можете видеть, что обратные конденсаторы LW имеют более низкий импеданс и лучшие характеристики, чем обычные конденсаторы той же емкости.Используя обратные конденсаторы LW, можно достичь тех же характеристик, что и у обычных конденсаторов с меньшим количеством единиц. Уменьшение количества единиц позволяет снизить затраты и уменьшить монтажное пространство.

4. Как получить данные частотных характеристик

Хотя данные о частотных характеристиках можно получить с помощью анализатора импеданса или векторного анализатора цепей, теперь такие данные также доступны на веб-сайтах производителей запчастей.

На рис. 9 показан вид экрана инструмента дизайна Murata «SimSurfing». Характеристики можно отобразить, просто введя номер модели и элементы, которые вы хотите проверить. Кроме того, вы можете загрузить сетевые списки SPICE и данные S2P в качестве данных для моделирования. Не стесняйтесь использовать их для разработки всех типов электронных схем.

zoom_in Рис. 9. Пример экрана средства проектирования «SimSurfing» （Щелкните изображение, чтобы увидеть увеличенное изображение）

См. Здесь для SimSurfing

Ответственное лицо: А.S., Подразделение компонентов, Murata Manufacturing Co., Ltd.

Сопутствующие товары

Конденсатор

Статьи по теме

14.02.2013

Будьте в курсе!

Получайте электронные письма от Мураты с последними обновлениями на этом сайте.
Информационный бюллетень Murata (электронный информационный бюллетень)

mail_outline

Линейный или нелинейный конденсатор с дополнительными допусками, рабочими пределами и поведение при сбое

Описание

Блок конденсатора позволяет моделировать линейные, нелинейные (на основе таблицы) и частотно-зависимые конденсаторы, в том числе полярные.При желании вы также можете смоделировать следующие эффекты:

Эти параметры моделирования можно включать и выключать независимо друг от друга. Когда все дополнительные опции отключены, поведение компонента идентично Библиотека Simscape ™ Foundation Конденсаторный блок.

В своей простейшей форме конденсаторный блок моделирует линейный конденсатор, описываемый следующим уравнением:

где:

I — ток.
C — емкость.
В — напряжение.
т время.

Чтобы смоделировать нелинейный или полярный конденсатор, установите модель емкости в Таблица поиска и обеспечить поиск таблица значений емкости-напряжения:

Для полярных конденсаторов, для которых эта справочная таблица асимметрична относительно приложенное напряжение на клеммах, установите симметричную таблицу C-V Параметр до Нет - использовать данные C-V как есть.
Для других типов нелинейных конденсаторов необходимо обеспечить симметрию емкости. относительно приложенного напряжения на клеммах, установив симметричный датчик . Таблица C-V от параметра до Да - использовать величину напряжения при вычислении C.

Чтобы смоделировать частотно-зависимый конденсатор с резистивными и диэлектрическими потерями, установите Модель емкости Параметр до Диэлектрик расслабление (Дебай).Модель релаксации Дебая рассматривает набор невзаимодействующих диполей в частотная область. Результат выражается в комплексной диэлектрической проницаемости. Реальные (𝜖 ′) и мнимые (𝜖 ′ ′) части комплексной диэлектрической проницаемости задаются уравнениями:

, где 𝜔 — радиальная частота, 𝜖 _∞ — реальная диэлектрическая проницаемость на очень высокой частоте, 𝜖 _𝑠 — реальная диэлектрическая проницаемость на низкой частоте, а — постоянная времени релаксации.

Во временной области характеристическое уравнение для конденсатора в модели Дебая равно

где 𝐶 _𝑠 — низкочастотная емкость, 𝛼 = 𝜖 _∞ / 𝜖 _𝑠, 𝑞 — заряд, 𝑖 — ток, а 𝑣 — напряжение на конденсаторе.

В большинстве таблиц данных не указаны явные значения комплексной диэлектрической проницаемости или время релаксации; однако часто коэффициент рассеяния составляет два частоты.Параметры 𝛼 и 𝜏 могут быть получены из этих значений, как описано в уравнения:

, где 𝜔 ₁ и 𝜔 ₂ являются две разные частоты, и DF ₁ и DF ₂ — коэффициенты рассеяния рассчитаны на указанных частотах соответственно.

Аргумент квадратного корня должен быть положительным для правильной параметризации в Модель Дебая.

Допуски

Допуски можно применять к номинальному значению, которое вы предоставляете для Емкость параметр. Таблицы данных обычно содержат процент допуска для данного типа конденсатора. В таблице показано, как блок применяет допуски и рассчитывает емкость на основе выбранных Применение допуска опция.

Опция	Значение емкости
`Нет - использовать номинальное значение`	C
`Случайный допуск`	Равномерное распределение: C · (1 — тол + 2 · тол · `rand` ) Гауссово распределение: C · (1 + тол · `рандов` / nSigma )
`Применить максимальный допуск значение`	C · (1 + тол )
`Применить минимальный допуск значение`	C · (1 — тол )

В таблице

C — это параметр емкости значение, номинальная емкость.
tol — дробный допуск, Емкость допуск (%) /100.
nSigma — это значение, которое вы предоставляете Число стандартных отклонений для указанного допуска параметр.
rand и randn стандартные MATLAB ^® функции для генерации равномерного и нормального распределения случайные числа.

Примечание

Если вы выберете вариант Случайный допуск и вы находятся в режиме «Быстрый перезапуск», значение случайного допуска обновляется каждый симуляция, если хотя бы одно из значений дробного допуска, tol , или Число стандартных отклонений для указанный допуск , nSigma , установлен на время выполнения и определяется с помощью переменной (даже если вы не изменяете эту переменную).

Рабочие пределы

Вы можете указать рабочие пределы с точки зрения максимального рабочего напряжения и максимальная (мгновенная) рассеиваемая мощность в последовательном сопротивлении и в параллельная проводимость конденсатора.

Для полярных конденсаторов вы можете определить диапазон рабочего напряжения таким образом, чтобы блок выдает предупреждение или ошибку, если полярность приложенного напряжения становится неверным.

При превышении рабочего предела блок может генерировать предупреждение или остановить симуляцию с ошибкой.Для получения дополнительной информации см. Рабочие пределы.

Неисправности

Мгновенные изменения параметров конденсатора нефизичны. Поэтому, когда Блок конденсаторов переходит в неисправное состояние, переход емкости, сопротивления и проводимости к их значениям неисправности в течение период времени, согласно следующей формуле:

Текущее значение = FaaledValue — ( FaailedValue — Неисправное значение ) · sech (∆t / τ) (1)

где:

Блок может инициировать начало перехода отказа:

Вы можете включать или отключать эти механизмы запуска по отдельности или использовать их вместе, если в моделировании требуется более одного спускового механизма.Когда больше задействован один механизм, первый механизм, запускающий переход неисправности имеет приоритет. Другими словами, компонент выходит из строя не чаще одного раза за симуляцию.

Вы также можете выбрать, выдавать ли подтверждение при возникновении ошибки, используя Сообщение при возникновении неисправности Параметр . Утверждение может принять форму предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает утверждение.

Переменные

Используйте раздел Переменные блочного интерфейса для установки приоритет и начальные целевые значения для переменных блока до моделирование. Для получения дополнительной информации см. Установка приоритета и начальной цели для блочных переменных.

Переменная Capacitor Voltage позволяет указать высокоприоритетная цель для начального напряжения конденсатора в начале моделирования.

Ключевые параметры и варианты выбора источника питания для зарядки конденсаторов Квазипостоянная мощность Пример использования источников питания для зарядки конденсаторов

Главная »Статьи» Ключевые параметры и варианты выбора источника питания для зарядки конденсаторов Квазипостоянная мощность для зарядки конденсаторов Пример использования расходных материалов

Источники питания для зарядки конденсаторов используются для импульсных приложений, таких как IPL или импульсные лазеры для эстетической медицины, а также для управления импульсными лазерами, предназначенными для различных медицинских или промышленных приложений, а также для многих других областей применения.

Ключевые параметры для выбора источника питания для зарядки конденсаторов

Наиболее важными параметрами, которые определят, какой источник питания для зарядки конденсаторов вы выберете и в конечном итоге интегрируете в свой продукт, являются:

Электрические параметры
Физический размер
Надежность
Цена

Среди многих основных электрических параметров для выбора зарядного устройства конденсатора следующие:

Выходная мощность: измеряется в Дж / сек (или Вт ).Он определяет, насколько быстро конденсатор будет заряжаться до необходимого рабочего напряжения.
Частота повторения: указывает, сколько раз в минуту или в секунду можно заряжать конденсатор. Чем выше скорость, тем выше средняя мощность, которую выдает источник питания для зарядки конденсатора.
Номинальное выходное напряжение: указывает напряжение, до которого будет заряжаться нагрузочный конденсатор.
Входной ток утечки: параметр безопасности, указывающий ток утечки на землю. Например, для большинства медицинских приложений ток утечки обычно должен быть равен 0.5 мА или меньше, в зависимости от класса устройства и требуемой сертификации.
Пользовательский интерфейс, который обычно включает как минимум: Включение / отключение сигнала для включения источника питания для зарядки, аналоговый управляющий сигнал « Vset » для установки напряжения конденсатора в конце заряда, « End- of-Charge ”, указывающий, что конденсатор полностью заряжен, и сигнал тревоги , указывающий на неисправность.

Технология источников питания для зарядки обычных конденсаторов

Технология, используемая в источнике питания для зарядки конденсаторов, влияет на все вышеперечисленные параметры, особенно на его физический размер, надежность и цену.

В этой статье мы обсудим стандартный, широко используемый подход к зарядке конденсаторов постоянным током и сравним его с подходом Advice Electronics Ltd., который позволяет использовать квазипостоянную мощность меньшего размера, более надежную и экономичную. (QCP) блоки питания для зарядки конденсаторов.

Стандартный подход к зарядке конденсатора постоянного тока

В диапазоне 1 или 2 кДж / сек . и выше, большинство источников питания для зарядки конденсаторов на рынке построены с использованием метода зарядки конденсаторов постоянным током.

Немного теории: напряжение (в вольтах ) на конденсаторе равно доставленному ему заряду (в кулонах ), деленному на емкость конденсатора (в фарадах ). Заряд, подаваемый на конденсатор, равен интегралу тока за период зарядки. В этом случае, поскольку ток постоянен, мы получаем линейный профиль напряжения заряда конденсатора.

Поскольку мощность, подаваемая на нагрузку в любой момент, в данном случае на конденсатор, пропорциональна выходному напряжению, умноженному на выходной ток, и поскольку выходной ток постоянен, а напряжение конденсатора линейно увеличивается со временем (начиная с нуля ), мы заключаем, что выходная мощность блока питания для зарядки изначально равна нулю и линейно увеличивается в процессе зарядки.

Например, предположим, что мы готовы доставлять энергию 3,000 Джоулей в секунду, используя источник питания постоянного тока для зарядки. В начале процесса зарядки напряжение на конденсаторе равно нулю, и, соответственно, мощность, передаваемая источником питания для зарядки конденсатора, равна нулю, затем она линейно увеличивается до тех пор, пока процесс зарядки не будет завершен (т.е. достигнут).

Поскольку напряжение конденсатора линейно увеличивается в течение периода зарядки, то же самое происходит и с выходной мощностью, выдаваемой источником питания для зарядки конденсатора постоянного тока (синяя линия), как показано на рисунке 1.

Энергия в джоулей , подаваемая на конденсатор, равна площади под синей линией на рисунке 1 ниже (вертикальная ось в Вт , горизонтальная ось в мс .).

Так как нам требуется средняя энергия 3000 Джоулей в секунду (оранжевая линия), а мощность зарядки, подаваемая источником питания, начинается с нуля и увеличивается линейно, конечная пиковая мощность зарядки, которую обеспечивает источник питания, составляет 6000 Дж за секунд или 6000 Вт , как показано на рисунке 1 ниже.

Этот подход прост, а конструкция источника питания проста и включает контур управления постоянным током. Однако этот подход предлагает плохое использование силовых компонентов источника питания (таких как силовые полупроводники, силовые трансформаторы и силовые дроссели), потому что они должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать как минимум вдвое большую мощность, требуемую приложением, что приводит либо к менее надежным или в более крупном и более дорогом устройстве — и, что еще хуже, часто приводит к сочетанию того и другого.

Источники питания для зарядки конденсаторов с квазипостоянной мощностью (QCP)

Основное предположение, лежащее в основе этого подхода, состоит в том, что если бы мы могли подавать постоянную мощность на конденсатор, то мы могли бы обеспечить среднюю энергию 3000 Джоулей на каждый во-вторых, доставив 3000 Вт в процессе зарядки. Поскольку это половина пиковой мощности, необходимой для стандартного источника питания для зарядки постоянным током, мы получим более надежный и экономичный источник питания для зарядки конденсаторов меньшего размера.

Для этого давайте посчитаем, как напряжение и ток конденсатора должны вести себя во время зарядки.

Из (IX) мы узнаем, что если бы мы могли заряжать конденсатор, подавая постоянную мощность, напряжение на нем увеличивалось бы пропорционально квадратному корню из прошедшего времени.

Это показано на рисунке 2 ниже, изображающем моделирование напряжения на конденсаторе емкостью 1200 мкФ, заряжаемом до 500 В при постоянной мощности 3000 Дж / с (или 3000 Вт ).Вертикальная ось (напряжение) находится в Вольт , а горизонтальная (временная) ось — в мсек . Время зарядки, полученное при моделировании, составляет 50 мсек , что соответствует следующему расчетному времени зарядки, полученному путем деления энергии, накопленной в конденсаторе, на мощность, подаваемую на него:

Из (X) мы узнаем, что если бы мы могли заряжать конденсатор постоянной мощностью, ток в начале процесса зарядки (at) был бы бесконечным, уменьшаясь со временем.

На рисунке 3 ниже показаны результаты моделирования тока, подаваемого на конденсатор (в А, ) при зарядке при постоянной мощности (горизонтальная ось в мс, ). В первый момент (первая миллисекунда не показана) ток бесконечен и постепенно уменьшается, пока конденсатор не будет полностью заряжен. Как только конденсатор заряжен, ток падает до нуля (через 50 мсек), а его напряжение остается постоянным.

Практическим решением для оптимального использования силового оборудования зарядного источника питания было бы начать зарядку конденсатора максимальным постоянным током до достижения максимальной выходной мощности зарядного устройства конденсатора, а затем продолжать зарядку конденсатора на постоянной мощности до желаемого значения. напряжение на конденсаторе достигнуто.

Этот процесс изображен на рисунке 4 ниже, где показаны результаты моделирования напряжения на конденсаторе при зарядке от источника питания для зарядки конденсатора квазипостоянной мощности (QCP) (вертикальная ось в В, , горизонтальная ось в мсек. .). Параметры моделирования:

Емкость конденсатора: 1200 мкФ
Напряжение в конце заряда: 500 В
Предел тока зарядного устройства: 22 A
Постоянная выдаваемая мощность: 3250 Вт

В течение первых 7 мс зарядный ток ограничивается до 22 А, показывая линейное увеличение напряжения, а затем мощность заряда, подаваемая на конденсатор, остается постоянной (на уровне 3250 Вт) до тех пор, пока не будет достигнута полная зарядка (при 500 В).

На рисунке 5 ниже показан зарядный ток, подаваемый источником питания для зарядки конденсатора QCP на конденсатор во время периода зарядки (вертикальная ось в ампер , горизонтальная ось в мс .). В течение первых 7 мс зарядный ток ограничен до 22 А, уменьшаясь в процессе зарядки.

На рисунке 6 ниже показано, как выходная мощность линейно увеличивается (в течение периода зарядки постоянным током) от нуля до полной мощности в течение первых 7 мс до достижения полной мощности (3250 Вт ), затем выходная мощность остается постоянным, пока напряжение на конденсаторе не достигнет желаемого напряжения (500 В, ) — а затем оно упадет до нуля после 50 мс зарядки (вертикальная ось в Вт , горизонтальная ось в мс .).

На рисунке 7 ниже показана осциллограмма напряжения на конденсаторе, записанная во время периода зарядки, полученная с помощью реального источника питания для зарядки конденсатора QCP (Advice Electronics, модель LCH-3000-500). Осциллограмма на рисунке 7 была записана с помощью осциллографа Agilent DSO7014B.

Результат измерения, показанный на рисунке 7 (конденсатор заряжен от нуля до 500 В за 50 мСм ), очень хорошо сравнивается с теоретической смоделированной кривой зарядки, показанной на рисунке 4: они почти идентичны с незначительным отклонением в течение периода между 8 мСм и 22 мСм , как видно на рисунке 8 ниже, в котором измеренное напряжение конденсатора (желтым цветом, как ранее показано на рисунке 7) правильно масштабируется и накладывается на смоделированную квазипостоянную кривая зарядки мощности (QCP) (выделена синим цветом, как показано на рисунке 4).

Сравнение двух подходов на практике

Чтобы зарядить конденсатор 1200 мкФ до 500 В за 50 мСм , источник питания для зарядки конденсатора постоянного тока должен обеспечивать пиковую мощность 6 кВт (как показано на рисунке 1), в то время как блок питания для зарядки конденсатора QCP должен обеспечивать пиковую мощность 3,25 кВт для достижения того же результата.

Из приведенного выше обсуждения мы узнаем, что источник питания для зарядки конденсатора QCP должен обеспечивать пиковую мощность, равную всего лишь 108% от средней требуемой выходной мощности.Источник питания для зарядки конденсатора постоянного тока должен обеспечивать пиковую мощность, равную 200% от средней требуемой выходной мощности, что примерно вдвое превышает пиковую мощность, требуемую от источника питания для зарядки конденсатора QCP.

Этот фактор существенно влияет на конструкцию, размер, надежность и стоимость источника питания для зарядки конденсаторов.

Емкость конденсатора — ключевой параметр

Номинальное напряжение конденсатора

Энергия, накопленная в конденсаторе

Дополнительные параметры конденсаторов

Как емкость конденсатора влияет на его применение

Типы конденсаторов по виду диэлектрика

Параллельное и последовательное соединение конденсаторов

Маркировка конденсаторов

Как температура влияет на параметры конденсаторов

Срок службы и надежность конденсаторов

2.3. Основные характеристики конденсаторов | Электротехника

Характеристики конденсаторов и каких типов они бывают

Характеристики конденсаторов

Типы конденсаторов

Обозначение конденсаторов в схеме

Основы электроники. Часть 2. Как работают конденсаторы. Параметры конденсаторов

Конденсатор, как правильно его заменить

ESR конденсатора — что это?

Таблица Боба Паркера для ESR-метра K7214

характеристики конденсатора ?

ESR конденсатора, что это за параметр и почему он так важен для конденсатора | Энергофиксик

Реальные параметры конденсатора

Электролитические конденсаторы и ESR

ESR табличные параметры

Измерение ESR

Производим замеры

Изделия с низким ESR

Заключение

— символ, параметры, соединения

Распиновка керамического конденсатора, описание, параметры и техническое описание

Контакт Конфигурация

Керамический конденсатор

Конденсаторы других типов

| Основы электроники

Что такое конденсатор?

Типы конденсаторов

Что такое танталовый конденсатор?

Применение конденсаторов

Резервное копирование (аккумулятор)

Развязка

Муфта

КОНДЕНСАТОР: 6 ступеней

Каковы частотные характеристики импеданса / ESR конденсаторов?

1. Частотные характеристики конденсаторов

Область низких частот:

Рядом с точкой резонанса:

Область высоких частот:

2. Частотные характеристики различных типов конденсаторов

3. Частотные характеристики многослойных керамических конденсаторов

4. Как получить данные частотных характеристик

Сопутствующие товары

Конденсатор

Статьи по теме

Будьте в курсе!

Линейный или нелинейный конденсатор с дополнительными допусками, рабочими пределами и поведение при сбое

Описание

Допуски

Рабочие пределы

Неисправности

Переменные

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ