Виды конденсаторов

Конденсаторы активно применяются в электрических схемах электрооборудования и радиоэлектронных приборах. В зависимости от целевого назначения и условий эксплуатации техники, используются различные виды конденсаторов. Для того чтобы лучше понимать, какая может быть классификация конденсаторов, надо иметь общее понятие, как они работают и где применяются.

Конденсаторы различных видов

Физический принцип работы конденсаторов

Независимо от того, какие типы конденсаторов, их практическое применение вызвано ценным свойством: способностью накапливать электрический заряд и освобождаться от него, другими словами, заряжаться и разряжаться.

Самая простая конструкция конденсатора

Бывают разные типы конденсаторов, но классическая конструкция очень простая: две пластины с отводными электродами, между которыми диэлектрический материал. В схемах колебательного контура приема передающей аппаратуры конденсаторы работают в совокупности с катушкой индуктивности. Сначала пластины заряжаются противоположными зарядами, после полной зарядки начинается разрядка, после полной разрядки начинается вторичный процесс зарядки, но при этом полярности на пластинах меняются. На этом принципе работают схемы аналоговых генераторов.

Емкость конденсаторов

Основные параметры конденсаторов – это емкость и напряжение. Независимо, какая классификация конденсаторов, его электрическая емкость характеризует величину заряда, который способен накопить конденсатор, измеряется она в Фарадах (F). Экспериментальным путем и расчетами установлено, что емкость планеты Земля составляет 1F, величина заряда конденсаторов ничтожно мала по отношению к этому значению. Поэтому для удобства расчетов в системе измерения величин СИ используются следующие порядки:

• Микро – одна миллионная фарады 1х10-6 µF;
• Нано – одна миллиардная фарады 1х10-9 nF;
• Пико – одна триллионная фарады 1х10-12 pF.

На практике есть некоторые трудности определения емкости конденсаторов, для этого надо изучить правила маркировки различных видов и производителей. Эта тема требует отдельного более тщательного рассмотрения.

Назначение и область применения

Электронное оборудование содержит большое количество узлов различного назначения, где применяются конденсаторы. В таймерах они подключаются через резисторы, определяя время разряда или заряда. В блоках питания и преобразователях напряжения сглаживают пульсацию, стабилизируя напряжение после выпрямителя. В некоторых случаях конденсаторы используются в качестве фильтров, обладая свойством проводимости переменного тока и запиранием постоянного.

Пример бытовой техники, где применяются конденсаторы

Они эффективно могут ускорить или замедлить процесс увеличения или падения напряжений в различных электронных схемах.

Разновидности конденсаторов

Все виды конденсаторов можно разделить на несколько групп:

1. По функциональному назначению:

• Общего назначения, которые применяются в бытовой электронной аппаратуре, эксплуатируемой при обычных условиях, к этим моделям нет особых требований по защите от окружающей среды;
• Специального назначения, здесь учитываются условия эксплуатации и функциональное назначение, повышены требования к защите корпуса и пределы допустимых электрических величин;
• Низковольтные изделия используются при напряжении до 1600В;
• Высоковольтные – выше 1600В;
• Конденсаторы с низкой индуктивной составляющей – для подавления радиопомех в электромагнитном поле;
• В высокочастотной аппаратуре ставят конденсаторы с газовым, воздушным или вакуумным заполнением в качестве диэлектрической прокладки, они обладают малыми диэлектрическими потерями.

2. По состоянию характеристики емкости:

• С фиксированной величиной емкости;
• Конденсаторы с переменной емкостью разделяют на три группы:

1. Подстроечьные используются для одноразовой подстройки аппаратуры при вводе в эксплуатацию или периодической настройки в процессе длительной эксплуатации приборов, когда некоторые электрические параметры изменяют свои значения;
2. С переменной емкостью, когда емкость меняется от температуры или напряжения, такие приборы называются термоконденсаторами и варикапами;
3. Когда емкость меняется за счет изменения расстояния между пластинами или площади пластин, расположенных друг против друга.
4. По степени защиты:

• Без защиты – для эксплуатации в обычных условиях;
• С элементами защиты корпуса – для работы в условиях повышенных температур и большой влажности;
• Конденсаторы без корпуса и изоляционного слоя с открытой конструкцией;
• Уплотненные конденсаторы под корпусом имеют уплотнительный изоляционный наполнитель;
• С элементами повышенной герметизации.

4. По способу монтажа в конструкцию схемы:

• Навесные конденсаторы с ленточными, круглыми электродами и опорным винтом для крепления на платы или другие конструкции, охлаждающие радиаторы в силовых цепях;

Конденсаторы с опорным винтом для крепления на радиаторы

• Модели конденсаторов с электродами круглого сечения для установки в печатные платы;
• SMD конденсаторы сделаны по специальной технологии для поверхностной пайки на дорожки печатной платы;

SMD конденсаторы для поверхностной пайки на печатные платы

• Современные разработки предусматривают конденсаторы с защелкивающимися электродами на конструкции схем.

5. По виду материала диэлектрической прокладки между пластинами конденсатора:

• Конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика ставят материал неорганического происхождения. Используется керамика, слюда или стекло, эмалированные прокладки;
• В низкочастотных моделях используются органические пленки, в которых диэлектрические свойства зависят от частоты проходящего через них тока;
• Высокочастотные конденсаторы имеют фторопластовые или полистирольные прокладки, газовое, вакуумное или воздушное наполнение;
• Электролитические конденсаторы подключаются обязательно с учетом полярности цепи, диэлектрическая прокладка в них содержит оксидные материалы, производимые электрохимическим путем. На электроде анода используется алюминий или тантал, в качестве катода применяют электролитический состав желеобразной массы (гель) или жидкость.

Особенности и характеристики востребованных конденсаторов

Несмотря на простоту классической конструкции, отдельные виды имеют некоторые особенности, это важно учитывать при выборе конденсаторов.

Электролитические алюминиевые конденсаторы

Конструкция этих конденсаторов содержит внутри цилиндрического корпуса скрутку двух алюминиевых лент, между которыми бумажная лента пропитана электролитическим составом. Емкость таких конденсаторов составляет 0.1-100 000 µF, при максимальном напряжении 35В.

Конструкция электролитического конденсатора

Именно такие конденсаторы применяют на печатных платах оборудования, где есть элементы, работающие на постоянном токе.

Конденсаторы с полипропиленом

В качестве диэлектрической прослойки между пластинами установлена пленка из полипропилена. Интервал величины емкости этого типа – от 100pF до 10 µF, максимальное напряжение – 3000В. Преимущество этого вида – в высокой точности емкости с погрешностью в 1%.

Конденсаторы с полиэстеровой пластиной:

• Пределы емкости – 1nF-15uF,
• Напряжение – 50-1500В;
• Погрешность – производители делают конденсаторы различного класса точности: 5;10 и 20%.

Многослойные керамические конденсаторы

Имеют многослойную структуру с чередованием металла и керамики, величина их емкости не превышает нескольких µF.

Конструкция многослойных керамических конденсаторов

Напряжение даже не указывается на маркировке, все они работают в пределах 0-50В в схемах с постоянным, пульсирующим и переменным током.

Высоковольтные керамические конденсаторы

Эти конденсаторы работают в пределах напряжения от 50 до 15000В, емкость – 68pF-150nF. Так же работают в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.

Керамические дисковые конденсаторы с одним слоем

Конструкция пластин этого конденсатора имеет круглую форму, с одной диэлектрической прослойкой между ними. Они имеют большую емкость – 1pF-220nF, напряжение – до 50В. Преимущества этого вида:

• малые токи утечки,
• низкая индуктивная составляющая,
• способность работать при высоких частотах и температурах, сохраняя стабильные показатели емкости.

Танталовые конденсаторы

Танталовые изделия по конструкции и характеристикам напоминают алюминиевые электролитические конденсаторы, но меньшего размера. Диэлектрический слой состоит из пентаоксида тантала, рабочее напряжение –не более 100В, емкость – 47nF-1000uF.

Воздушные переменные конденсаторы

Такие модели конденсаторов используются в приемо-передающей аппаратуре для настройки частот. Диэлектриком между пластин является воздушная прослойка.

Конструкция переменного конденсатора с воздушным диэлектрическим слоем

Роторная часть с пластинами вращается по оси относительно статорной неподвижной части, таким образом, изменяется величина емкости.

Виды конденсаторов с переменной емкостью

Бумажные конденсаторы

Сделаны на основе конденсаторной бумаги в виде ленты, которая сматывается в плотный рулон. Конденсаторная бумага со специальной диэлектрической пропиткой устанавливается между фольгированными лентами.

Внешний вид одного из бумажных конденсаторов

Рулон помещается в герметичный металлический корпус прямоугольной или цилиндрической формы, иногда вместо фольги используется металлическое напыление. Чаще всего такие конденсаторы используют в силовых промышленных сетях 220/380В в схемах запуска электродвигателей.

Обозначение некоторых видов конденсаторов на схемах

Производители делают большое количество различных конденсаторов, поэтому при их использовании надо хорошо изучить назначение оборудования и условия его эксплуатации. Тогда выбор конденсаторов будет сделан осознанно, с учетом их конструктивных особенностей и технических характеристик, тогда и приборы будут работать эффективно и долговременно.

Видео