В зависимости от материала диэлектрика

Таблица 1.1. Диэлектрические постоянные некоторых материалов

При приложении к конденсатору постоянного напряжения происходит его заряд, при этом затрачивается определенная работа, выражаемая в джоулях (Дж). Она равна запасенной потенциальной энергии W = CU ² / 2.

Для сравнения конденсаторов используют удельные характеристики, представ­ляющие собой отношение основных характеристик конденсатора к его объему V или массе т.

Для низкочастотных конденсаторов основными удельными характеристиками являются удельная емкость c _уд (мкф/см³) или удельный заряд q _уд (мкКл/см³); c _уд =C/V илиq _уд =CU / V.

Для высокочастотных высоковольтных конденсаторов удобной характеристикой является удельная реактивная мощность (В×А/см³) P_уд =wCU ² / V.

Для энергоемких накопительных конденсаторов используются удельная энергия W _уд = CU ² / 2V (Дж / cм ³ ) и удельная масса m _уд = 2m / CU ²(г / Дж).

Классификация конденсаторов

В данном справочнике приведены две классификации. Первая весьма общая (рис. 1.1); в ней ряд признаков присущ не только конденсаторам, но и многим, другим электронным элементам. Эта классификация по назначению, способу защиты, спосо­бу монтажа и т. п. Вторая—конкретная, относящаяся только к конденсаторам (рис. 1.2). В основу ее положено дальнейшее деление групп конденсаторов по виду диэлектрика на подгруппы, связанные с использованием их в конкретных цепях аппаратуры, назначением и выполняемой функцией, например, низковольтные и вы­соковольтные, низкочастотные и высокочастотные, импульсные и пусковые, поляр­ные и неполярные, помехоподавляющие и дозиметрические и др.

В зависимости от назначения конденсаторы делятся на две большие группы: общего и специального назначения.

Группа общего назначения включает широко применяемые конденсаторы, ис­пользуемые практически в большинстве электрических схем любых, видов и классов аппаратуры. Традиционно к ней относят наиболее распространенные низковольтные и высоковольтные конденсаторы общего назначения, к которым не предъявляются особые требования.

Все остальные конденсаторы являются, вообще говоря, специальными. К ним относятся: импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы, необходимость применения которых диктуется специальными целями.

По характеру изменения емкости различают конденсаторы постоянной емкости, переменной и подстроечные (см. рис. 1.1).

Из названия конденсаторов постоянной емкости вытекает, что их емкость является фиксированной и в процессе эксплуатации не регулируется.

Конденсаторы переменной емкости допускают изменение емкости в процессе функционирования аппаратуры. Управление емкости может осуществляться механи­чески, электрическим напряжением (вариконды), температурой (термоконденсато­ры). Их применяют для плавной настройки колебательных контуров, в цепях авто­матики и т. п.

Емкость подстроечных конденсаторов изменяется при разовой или периодиче­ской регулировке и не изменяется в процессе функционирования аппаратуры. Их используют для подстройки и выравнивания начальных емкостей сопрягаемых кон­туров, для периодической подстройки и регулировки цепей схем, где требуется незначительное изменение емкости, и т. п.

В зависимости от способа монтажа конденсаторы могут выполняться для печатного (ручного и автоматизированного) и навесного монтажа, а также для использования в составе микромодулей и микросхем или сопряжения с ними. Выво­ды конденсаторов для навесного монтажа могут быть жесткие или мягкие, аксиаль­ные или радиальные, из проволоки круглого сечения или ленты, в виде лепестков, с кабельным вводом, в виде проходных шпилек, опорных винтов и т. п. У конден­саторов для микросхем и микромодулей, а также СВЧ-конденсаторов в качестве выводов могут использоваться части поверхности конденсаторов. У большинства типов оксидных, а также проходных и опорных конденсаторов одна из обкладок соединяется с корпусом, который служит вторым выводом.

По характеру защиты от внешних воздействующих факторов конденсаторы выполняются: незащищенными, защищенными, неизолированными, изолированны­ми, уплотненными и герметизированными.

Незащищенные конденсаторы допускают эксплуатацию в условиях повышения влажности только в составе герметизированной аппаратуры, защищенные — в ап­паратуре любого конструктивного исполнения.

Неизолированные конденсаторы (с покрытием или без покрытия) не допускают касания своим корпусом шасси аппаратуры. Напротив, изолированный вариант имеет достаточно хорошее изоляционное покрытие (компаунды, пластмассы) и до­пускает касание корпусом шасси или токоведущих частей аппаратуры.

Уплотненные конденсаторы имеют уплотненную органическими материалами конструкцию корпуса.

Герметизированные конденсаторы имеют герметичную конструкцию корпуса, которая исключает возможность сообщения окружающей среды с его внутренним пространством. Герметизация осуществляется с помощью керамических и метал­лических корпусов или стеклянных колб.

По виду диэлектрика все конденсаторы можно разделить на группы: с органиче­ским, неорганическим, газообразным или оксидным диэлектриком, который являет­ся также неорганическим, но в силу особой специфики характеристик выделен в отдельную группу. Специальную группу составляют конденсаторы с двойным электрическим слоем, получившие название ионисторы.

Конденсаторы с органическим диэлектриком. Эти конденсаторы изготовляют обычно намоткой тонких длинных лент конденсаторной бумаги, пленок или их комбинации с металлизированными или фольговыми электродами.

Деление конденсаторов с органической изоляцией на низковольтные (до 1600 В) и высоковольтные (свыше 1600 В) носит чисто условный характер и не для всех типов строго соблюдается. Например, для бумажных конденсаторов границей деления является напряжение 2000 В.

По назначению и используемым диэлектрическим материалам низковольтные конденсаторы можно разделить на две категории: низкочастотные и высокоча­стотные.

К низкочастотным пленочным относятся конденсаторы на основе полярных и слабополярных органических пленок (бумажные, металлобумажные, полиэтилен-терефталатные, комбинированные, лакопленочные, поликарбонатные и полипропи­леновые), тангенс угла диэлектрических потерь которых имеет резко выраженную .зависимость от частоты. Они способны работать на частотах до 10⁴—10⁵ Гц при существенном снижении амплитуды переменной составляющей напряжения с увели­чением частоты.

К высокочастотным пленочным относятся конденсаторы на основе неполярных органических пленок (полистирольные и фторопластовые), имеющих малое значение тангенса угла диэлектрических потерь, материал которых не зависит от частоты. Они допускают работу на частотах до 10⁵—10⁷ Гц. Верхний предел по частоте зависит от конструкции обкладок, контактного узла и от емкости. К этой группе относят и некоторые типы конденсаторов на основе слабополярной полипропи­леновой пленки.

В качестве диэлектрика высоковольтных конденсаторов постоянного напряжения используют бумагу, полистирол, политетрафторэтилен (фторопласт), полиэтилен-терефталат (лавсан), полипропилен и сочетание бумаги и синтетических пленок (комбинированные).

Импульсные конденсаторы в большинстве случаев делают на основе бумажного и комбинированного диэлектриков.

Основное требование, предъявляемое к высоковольтным конденсаторам, — вы­сокая электрическая прочность. Поэтому часто прибегают к использованию ком­бинированного диэлектрика, состоящего, например, из слоев бумаги и пленки, слоев различных органических пленок и слоя жидкого диэлектрика (пропитанная конден­саторная бумага). Комбинированные конденсаторы обладают повышенной по срав­нению с бумажными конденсаторами электрической прочностью, надежностью и имеют более высокое сопротивление изоляции.

Высоковольтные импульсные конденсаторы наряду с высокой электрической про­чностью и сравнительно большими емкостями должны допускать быстрые разряды, т. е. пропускать большие токи. Следовательно, их собственная индуктивность должна быть малой, чтобы не искажать формы импульсов. Этим требованиям лучше всего удовлетворяют бумажные, металлобумажные и комбинированные конденсаторы.

Конденсаторы переменного напряжения предназначены для работы в электричес­ких цепях переменного тока промышленной частоты. Основными параметрами, определяющими их работоспособность, являются: электрическая прочность, потери в диэлектрике и ток, проходящий через конденсатор. В качестве диэлектрика ис­пользуют фторопласт, поликарбонат, полипропилен и комбинированные пленки.

Дозиметрические конденсаторы работают в цепях с низким уровнем токовых нагрузок. Поэтому они должны обладать очень малым саморазрядом, большим сопротивлением изоляции, а следовательно, и большой постоянной времени. Лучше всего для этой цепи подходят фторопластовые конденсаторы.

Помехоподавляющие конденсаторы предназначены для ослабления электромаг­нитных помех в широком диапазоне частот. Они имеют малую собственную индук­тивность, в результате чего повышается резонансная частота и полоса подавляемых частот. Кроме того, для повышения безопасности обслуживающего персонала помехоподавляющие конденсаторы должны иметь высокую электрическую прочность изоляции. Помехоподавляющие конденсаторы выпускают бумажные, комбиниро­ванные и пленочные (в основном лавсановые).

Конденсаторы с неорганическим диэлектриком. Конденсаторы с неорганическим диэлектриком можно разделить на четыре группы: низковольтные, высоковольтные, Помехоподавляющие и нелинейные. В качестве диэлектрика в них используется керамика, стекло, стеклоэмаль, стеклокерамика и слюда. Обкладки выполняются в виде тонкого слоя металла, нанесенного на диэлектрик путем непосредственной его металлизации, или тонкой фольги.

Группа низковольтных конденсаторов включает низкочастотные и высокочастот­ные конденсаторы.

По назначению они делятся на три типа:

тип 1 — конденсатор, предназначенный для использования в резонансных кон­турах или других цепях, где малые потери и высокая стабильность емкости имеют существенное значение;

тип 2—конденсатор, предназначенный для использования в цепях фильтров, блокировки и развязки или других цепях, где малые потери и высокая стабильность емкости не имеют существенного значения;

тип 3—керамический конденсатор с барьерным слоем, предназначенный для работы в тех же цепях, что и конденсатор типа 2, но имеющий несколько меньшее значение сопротивления изоляции и большее значение тангенса угла диэлектрических потерь, что ограничивает область применения низкими частотами.

Обычно конденсаторы типа 1 считаются высокочастотными, а типа 2 и 3— низкочастотными. Какой-либо определенной границы по частоте между конден­саторами типа 1 и 2 не существует. Высокочастотные конденсаторы работают в цепях с частотой до сотен мегагерц, а некоторые типы используют в гигагерцевом диапазоне.

Слюдяные и стеклоэмалевые (стеклянные) относятся к конденсаторам типа 1, стеклокерамические могут быть как типа 1, так и 2, керамические—трех типов.

Высоковольтные конденсаторы большой и малой реактивной мощности делают в основном с диэлектриком из керамики и слюды. По назначению они могут быть типа 1 и 2 и так же, как низковольтные конденсаторы, делятся на высокочастотные и низкочастотные.

Основным параметром для высоковольтных низкочастотных конденсаторов является удельная энергия, поэтому керамика для них подбирается с большей диэлектрической проницаемостью. Для высокочастотных конденсаторов основным параметром является допустимая реактивная мощность. Она характеризует нагру­зочную способность конденсатора при наличии больших напряжений высокой часто­ты. Для увеличения реактивной мощности выбирают керамику с малыми потерями, а конструкцию и выводы конденсаторов рассчитывают из условия прохождения больших токов.

Высоковольтные слюдяные конденсаторы делают фольговыми, так как они предназначены для работы при повышенных токовых нагрузках.

Помехоподавляющие конденсаторы с неорганическим керамическим диэлектри­ком разделяются на опорные и проходные. Их основное назначение—подавление индустриальных и высокочастотных помех, создаваемые промышленными и быто­выми приборами, выпрямительными устройствами, а также атмосферных и помех, излучаемых различными радиоэлектронными устройствами, т. е. по существу они являются фильтрами нижних частот. К этой группе, исходя из функционального назначения и конструктивного исполнения, условно можно отнести керамические фильтры.

Опорные конденсаторы—конденсаторы, одним из выводов которых является опорная металлическая пластина с резьбовым креплением.

Проходные конденсаторы—коаксиальные, один из выводов которых представ­ляет собой токонесущий стержень, по которому протекает полный ток внешней цепи, и некоаксиальные, через выводы которых протекает полный ток внешней цепи.

Проходные керамические конденсаторы имеют конструкцию трубчатого или дискового типа в виде многослойных монолитных шайб.

Если в конденсаторах с целью повышения резонансной частоты принимаются меры к уменьшению собственной индуктивности, то в фильтрах, наоборот, к емкости добавляют внешнюю индуктивность (ферритовый сердечник) либо используют ин­дуктивность выводов. При этом в зависимости от соединения емкости и индуктив­ности возможны следующие схемы включения: Г-обраэные, Т-образные и П-образ-ные (рис. 1.3).

Особую группу составляют нелинейные конденсаторы, основное свойство кото­рых состоит в изменении емкости от приложенного электрического напряжения (вариконды) или от температуры (термоконденсаторы).

Конденсаторы с оксидным диэлектриком. Их старое название электролитические. Они делятся на конденсаторы общего назначения, неполярные, высокочастотные, импульсные, пусковые и Помехоподавляющие. В качестве диэлектрика в них ис­пользуется оксидный слой, образуемый электрохимическим способом на аноде— металлической обкладке из некоторых металлов.

В зависимости от материала анода оксидные конденсаторы подразделяют на алюминиевые, танталовые и ниобиевые.

Второй обкладкой конденсатора—катодом—служит электролит, пропитыва­ющий бумажную или тканевую прокладку в оксидно-электролитических (жидкост­ных) алюминиевых и танталовых конденсаторах, жидкий или гелеобразный электро­лит в танталовых объемно-пористых конденсаторах и полупроводник (двуокись марганца) в оксидно-полупроводниковых конденсаторах.

Конденсаторы с оксидным диэлектриком—низковольтные с относительно большими потерями, но в отличие от других типов низковольтных конденсаторов имеют несравнимо большие заржды и большие емкости (от единиц до сотен тысяч микрофарад). Они используются ' в фильтрах источников электропитания, цепях развязки, шунтирующих и переходных цепях полупроводниковых устройств на низ­ких частотах и т. п.

Конденсаторы группы общего назначения имеют униполярную (одностороннюю) проводимость, вследствие чего их эксплуатация возможна только при положительном потенциале на аноде. Тем не менее это наиболее распространенные оксидные конденса­торы. Они могут быть жидкостными, объемно-пористыми и оксидно-полупроводниковыми.

Неполярные конденсаторы с оксидным диэлектриком могут включаться в цепь постоянного и пульсирующего тока без учета полярности, а также допускать смену полярности в процессе эксплуатации. Неполярные конденсаторы выпускают алюми­ниевые и танталовые оксидно-электролитические (жидкостные) и оксидно-полупроводниковые танталовые.

Высокочастотные конденсаторы (алюминиевые жидкостные и танталовые оксидно-полупроводниковые) широко применяются в источниках вторичного электро­питания в качестве накопительных и фильтрующих элементов в цепях развязок и переходных цепях схем полупроводниковых устройств в диапазоне частот пуль­сирующего тока от десятков герц до сотен килогерц. Отсюда следует, что понятие «высокочастотные» для оксидных конденсаторов — относительное. По частотным характеристикам их нельзя сравнить с конденсаторами на неорганической основе.

Для расширения возможностей использования оксидных конденсаторов в более широком диапазоне частот необходимо снижать их полное сопротивление. Радикаль­ным путем в этом направлении оказалось создание четырехвыводной конструкции алюминиевых оксидных конденсаторов и плоской конструкции типа «книга», позво­ляющих их эксплуатацию на значительно более высоких частотах.

Импульсные конденсаторы используются в электрических цепях с относительно длительным зарядом и быстрым разрядом, например в устройствах фотовспышек и др. Такие конденсаторы должны быть энергоемкими, иметь малое полное со­противление и большое рабочее напряжение. Наилучшим образом этому требова­нию удовлетворяют оксидно-электролитические алюминиевые конденсаторы с на­пряжением до 500 В.

Пусковые конденсаторы применяются в асинхронных двигателях, в которых емкость включается только в момент пуска двигателя. При наличии пусковой емкости вращающееся поле двигателя при пуске приближается к круговому, а маг­нитный поток увеличивается. Все это способствует повышению пускового момента, улучшает характеристики двигателя.

В связи с тем, что пусковые конденсаторы включаются в сеть переменного тока, они должны быть неполярными и иметь сравнительно большое для оксидных конденсаторов рабочее напряжение переменного тока, несколько превышающее на­пряжение промышленной сети.

На практике используются пусковые конденсаторы емкостью порядка десятков и сотен микрофарад, созданных на основе алюминиевых оксидных пленок с жидким электролитом.

Близкими к группе конденсаторов с оксидным диэлектриком являются конден­саторы с двойным электрическим слоем (ионисторы). Ионистор—твердотельный конденсатор, основным элементом которого является электрохимическая ячейка с твердым электролитом ^–Ag/Rb Ag₄ I₅ /C ⁺. Высокие удельные емкостные харак­теристики (до 10 Ф/см³ и выше) обусловлены большой суммарной емкостью двой­ного электрического слоя на границе твердый электролит — уголь, пропорциональ­ной удельной поверхности угля.

Конденсаторы с газообразным диэлектриком. По выполняемой функции и харак­теру изменения емкости эти конденсаторы разделяются на постоянные и переменные. В качестве диэлектрика в них используется воздух, сжатый газ (азот, фреон, элегаз), вакуум. Особенностью газообразных диэлектриков является малое значение тангенса угла диэлектрических потерь (до 10 ^–5 ) и высокая стабильность электрических пара­метров, поэтому основная область их применения—высоковольтная и высокоча­стотная аппаратура.

В радиоэлектронной аппаратуре из конденсаторов с газообразным диэлектри­ком наибольшее распространение получили вакуумные. По сравнению с воздушными они имеют значительно большие удельные емкости, меньшие потери в широком диапазоне частот, более высокую электрическую прочность и стабильность парамет­ров при изменении окружающей среды. По сравнению с газонаполненными, требу­ющими периодической подачи газа из-за его утечки, вакуумные конденсаторы имеют

более простую и легкую конструкцию, меньшие потери и лучшую температурную стабильность; они более устойчивы к вибрации; допускают более высокое значение реактивной мощности.

Вакуумные конденсаторы переменной емкости обладают малым значением мо­мента вращения, а масса и габаритные размеры их значительно ниже. чем воздуш­ных конденсаторов. Коэффициент перекрытия по емкости вакуумных переменных конденсаторов может достигать 100 и более.

Вакуумные конденсаторы применяются в передающих устройствах ДВ-, СВ- и КВ-диапазонов на частотах до 30—80 МГц в качестве контурных, блокировочных, фильтровых и разделительных конденсаторов. Они используются также в качестве накопителей в импульсных искусственных линиях формирования и различного рода мощных высоковольтных высокочастотных установках.

1.3. Система условных обозначений и маркировка конденсаторов

Условное обозначение конденсаторов может быть сокращенным и полным. В соответствии с действующей системой сокращенное условное обозначение состоит из букв и цифр.

Первый элемент — буква или сочетание букв, обозначающее подкласс конден­сатора: К—постоянной емкости, КТ—подстроенные, КП — переменной емкости.

Второй элемент — обозначение группы конденсатора в зависимости от матери­ала диэлектрика в соответствии с табл. 1.2.

Та б л и ц а 1.2. Уловное обозначение конденсаторов

в зависимости от материала диэлектрика

Третий элемент пишется через дефис и обозначает регистрационный номер конкретного типа конденсатора. В состав третьего элемента может входить также буквенное обозначение.

Приведенная система не распространяется на условные обозначения старых типов конденсаторов, основу которых составляли различные признаки: конструктив­ные разновидности, технологические особенности, эксплуатационные характеристи­ки, области применения и др. Например: КД —конденсаторы дисковые; KM — керамические монолитные; КЛС —керамические литые секционные;КСО — конден­саторы слюдяные спрессованные; СГМ — слюдяные герметизированные малогаба­ритные;КБГИ — конденсаторы бумажные герметизированные изолированные; МБГЧ — металлобумажные герметизированные частотные; КЭГ — конденсаторы электролитические герметизированные; ЭТО — электролитические танталовые объ­емно-пористые; КПК — конденсаторы подстроечные керамические.

Полное условное обозначение конденсатора состоит из сокращенного обозначе­ния, обозначения и величины основных параметров и характеристик, необходимых для заказа и записи в конструкторской документации, обозначения климатического исполнения и документа на поставку.

Параметры и характеристики, входящие в полное условное обозначение, указы­ваются в следующей последовательности: обозначение конструктивного исполнения; номинальное напряжение; номинальная емкость; допускаемое отклонение емкости (допуск); группа и класс по температурной стабильности емкости; номинальная реактивная мощность и др.

Рассмотрим примеры условных обозначений конденсаторов.

1. Керамический конденсатор постоянной емкости на номинальное напряжение до 1600 В с регистрационным номером 17 сокращенно обозначается К10-17.

2. Подстроечный керамический конденсатор с регистрационным номером 25 сокращенно обозначается КТ4-25.

3. Конденсатор керамический К10-7В, всеклиматического исполнения «В», груп­пы ТКЕ М47, номинальной емкостью 27 пф, с допуском ± 10%, поставляемый по ГОСТ 5.621—70, имеет полное условное обозначение К10-7В-М47-27 пф ±10% ГОСТ 5.621—70.

4. Конденсатор полиэтилентерефталатный К74-5, номинальной емкостью 0,22 мкФ, с допуском ±20%, поставляемый по ГОСТ 5.623—70, имеет полное условное обозначение-К74-5-22 мкФ ±20% ГОСТ 5.623—70.

5. Конденсатор оксидно-электролитический алюминиевый К50-7, кон­структивного варианта «а», на номинальное напряжение 250 В, номинальной емкостью 100 мкФ, всеклиматического исполнения «В», поставляемый по ГОСТ 5.635—70, имеет полное условное обозначение К50-7а-250В-100 мкФ-В ГОСТ 5.635—70.

6. Конденсатор подстроечный с твердым керамическим диэлектриком ма­логабаритный КПК-М с пределами номинальной емкости от 2 до 7 пф, постав­ляемый по ГОСТ 5.500—76, имеет полное условное обозначение КПК-М-2/7 ГОСТ 5.500—76.

Маркировка на конденсаторах, как и условное обозначение, буквенно-цифровая. Она содержит: сокращенное обозначение конденсатора, номинальное на­пряжение, номинальную емкость, допуск, обозначение климатического исполне­ния (буква В) для конденсаторов всеклиматического исполнения и дату изготовле­ния. В зависимости от размеров маркируемых конденсаторов и вида технической документации могут применяться полные или сокращенные (кодированные) обо­значения номинальных емкостей и их допускаемых отклонении. Кодированные обозначения предназначены для маркировки малогабаритных конденсаторов и запи­си на малоформатных многоэлементных принципиальных электрических схемах.

Полное обозначение номинальных емкостей состоит из значения номинальной емкости (цифры) и обозначения единицы измерения (пф, мкФ, Ф). Например, 1,5 пф, 0,01 мкФ, 10 мкФ, 1 Ф.

Котированное обозначение, номинальных емкостей состоит из трех или четырех знаков, включающих две или три цифры и букву. Буква кода из русского или латинского алфавита (в скобках) обозначает множитель, составляющий значение емкости, и определяет положение запятой десятичного знака. Буквы П(р), Н(п), М(m), И(m), Ф(F) обозначают множители 10 ^{– 12},

10 ^{– 9}, 10 ^{– 6}, 10 ^{– 3} и 1 соответственно для значений, выраженных в фарадах. Для приведенного выше примера следует писать: 1П5(1р5), 10H(10n), 10M(10μ), 1ФО(1F0).

Полное обозначение допускаемого отклонения состоит из цифр, а кодирован­ное — из буквы. В связи с тем, что буквенное обозначение допусков изменялось и на практике могут встречаться различные варианты, в табл. 1.3 приведены кодирован­ные обозначения допусков по стандартам СССР, публикации Международной элек­тротехнической комиссии (МЭК) и стандартаСЭВ.

Таблица 1.3. Сравнительные данные во составу и обозначению

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 406; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!