Електричний конденсатор - один із елементів електричного ланцюга будь-якого електронного пристрою, основною функцією якого є запасання енергії з подальшою віддачею її назад у ланцюг. Промисловість пропонує широке розмаїття конденсаторів, що різняться за типами, ємністю, розмірами, застосуванням.

Принцип роботи та характеристики конденсаторів

Пристрій конденсатора є дві металеві пластинки-обкладки, розділені тонким шаром діелектрика. Співвідношення розмірів та розташування обкладок та характеристика матеріалу діелектрика визначає показник ємності.

Розробка конструкції будь-якого типу конденсатора має на меті отримання максимальної ємності в розрахунку на мінімальні розміри для економії простору на друкованій платі пристрою. Одна з найбільш популярних на вигляд форм — у вигляді барила, всередині якого скручені металеві обкладки з діелектриком між ними. Перший конденсатор, винайдений у місті Лейдені (Нідерланди) у 1745 році, отримав назву «Лейденські банки».

Принципом роботи компонента є здатність заряджатися та розряджатися. Заряджання можливе завдяки знаходженню обкладок на малій відстані один від одного. Близькі заряди, розділені діелектриком, притягуються один до одного і затримуються на обкладках, а сам конденсатор таким чином зберігає енергію. Після відключення джерела живлення компонент готовий до віддачі енергії в ланцюзі, розряді.

Параметри та властивості, що визначають робочі характеристики, якість та довговічність роботи:

• електрична ємність;
• питома ємність;
• допустиме відхилення;
• електрична міцність;
• власна індуктивність;
• діелектрична абсорбція;
• втрати;
• стабільність;
• надійність.

Здатність накопичувати заряд визначає електричну ємність конденсатора. При розрахунку ємності слід знати:

• площа обкладок;
• відстань між обкладками;
• діелектричну проникність матеріалу діелектрика

Для підвищення ємності потрібно збільшити площу обкладок, зменшити відстань між ними та використовувати діелектрик, матеріал якого має високу діелектричну проникність.

Для позначення ємності використовується Фарад (Ф) - одиниця виміру, що отримала свою назву на честь англійського фізика Майкла Фарадея. Однак 1 Фарад – занадто велика величина. Наприклад, ємність нашої планети не перевищує 1 Фарада. У радіоелектроніці використовуються менші значення: мікрофарад (мкФ, мільйонна частка Фарада) та пикофарад (пФ, мільйонна частка мікрофарада).

Питома ємність розраховується із відношення ємності до маси (об'єму) діелектрика. На цей показник впливають геометричні розміри і підвищення питомої ємності досягається за рахунок зниження обсягу діелектрика, але при цьому підвищується небезпека пробою.

Допустиме відхилення паспортної величини ємності від фактичної визначає клас точності. Згідно з ДСТУ, існує 5 класів точності, що визначають майбутнє використання. Компоненти вищого класу точності застосовують у ланцюгах високої відповідальності.

Електрична міцність визначає здатність утримувати заряд та зберігати робочі властивості. Заряди, що зберігаються на обкладках, прагнуть один одного, впливаючи на діелектрик. Електрична міцність - важлива властивість конденсатора, що визначає тривалість його використання. У разі неправильної експлуатації відбудеться пробій діелектрика та вихід компонента з ладу.

Власна індуктивність враховується у ланцюгах змінного струму з котушками індуктивності. Для ланцюгів постійного струму не береться до уваги.

Діелектрична абсорбція - Поява напруги на обкладках при швидкому розряді. Явище абсорбції враховується безпечної експлуатації високовольтних електричних пристроїв, т.к. при короткому замиканні існує небезпека життя.

Втрати зумовлені малим пропусканням струму діелектриком. При експлуатації компонентів електронних пристроїв у різних температурних умовах та різної вологості впливає показник добротності втрат. На нього впливає робоча частота. На низьких частотах позначаються втрати у діелектриці, на високих – у металі.

Стабільність — параметр конденсатора, який також впливає температура навколишнього середовища. Її впливи поділяються на оборотні, що характеризуються температурним коефіцієнтом, і незворотні, що характеризуються коефіцієнтом температурної нестабільності.

Надійність роботи конденсатора насамперед залежить умов експлуатації. Аналіз поломок говорить про те, що у 80% випадків причиною виходу з ладу є пробою.

Залежно від призначення, типу та сфери застосування різняться і розміри конденсаторів. Найменші та мініатюрні, розмірами від кількох міліметрів до кількох сантиметрів, використовуються в електроніці, а найбільші – у промисловості.

Призначення

Властивість запасання та віддачі енергії визначило широке застосування конденсаторів у сучасній електроніці. Поруч із резисторами і транзисторами є основою електротехніки. Немає жодного сучасного пристрою, де вони не використовувалися б у будь-якій якості.

Їх здатність заряджатися і розряджатися разом з індуктивністю, що має ті ж властивості, активно застосовуються в радіо- та телевізійній техніці. Коливальний контур з конденсатора та індуктивності - основа передачі та прийому сигналів. Зміна ємності конденсатора дозволяє змінювати частоту коливального контуру. Наприклад, радіостанції можуть передавати сигнал на своїх частотах, а радіоприймачі підключатися до цих частот.

Важливою функцією є згладжування пульсацій змінного струму. Будь-якому електронному пристрої, що живиться від мережі змінного струму, для отримання постійного струму хорошої якості необхідні електричні конденсатори, що фільтрують.

Активно застосовується механізм заряджання та розрядження у фототехніці. Усі сучасні фотоапарати використовують для зйомок спалах, який реалізується завдяки якості швидкої розрядки. У цій галузі невигідно використовувати акумулятори, які вміють добре запасати енергію, але повільно віддають її. А конденсатори, навпаки, моментально віддають усю запасену енергію, якої достатньо для яскравого спалаху.

Можливість генерації конденсаторами імпульсів високої потужності використовується в радіолокації та створенні лазерів.

Конденсатори виконують роль іскрогашення контактів у телеграфії та телефонії, а також телемеханіки та автоматики, де необхідні перемикання високонавантажених реле.

Регулювання напруги протяжних ліній електропередач здійснюється завдяки використанню компенсаційних ємностей.

Сучасні конденсатори, завдяки своїм можливостям, використовуються не тільки в галузі радіоелектроніки. Їх використовують у металообробній, гірничодобувній, вугільній промисловості.

Основні різновиди

Через різноманітність сфер застосування та умов експлуатації електронних пристроїв існує велика різноманітність компонентів, що різняться за типами та характеристиками. Основний поділ йде за класами і за типом діелектрика, що використовується.

Типи конденсаторів, що поділяються за класом:

• із постійною ємністю;
• із змінною ємністю;
• підстроювальні.

Компоненти з постійною ємністю використовують у кожному радіоелектронному пристрої.

Для зміни ємності та параметрів ланцюга, наприклад, частоти в коливальних контурах, застосовуються конденсатори зі змінною ємністю. У своєму пристрої вони мають кілька секцій рухомих металевих пластин, що забезпечує довговічність їх роботи.

Підстроювальні конденсатори використовуються для одноразового регулювання апаратури. Вони випускаються різними номіналами ємностей (від кількох пікофарад до кількох сот пікофарад) і розраховані на напругу до 60 Вольт. Без їх використання неможливе тонке налаштування апаратури.

Види конденсаторів, що поділяються за типом діелектрика:

• з керамічним діелектриком;
• з плівковим діелектриком;
• електролітичні;
• іоністори.

Керамічні виготовляють у вигляді невеликої пластини з керамічного матеріалу, який напилені металеві висновки. Такі конденсатори мають різні властивості і застосовуються як для високовольтних, так і для низьковольтних ланцюгів.

Для низьковольтних ланцюгів найчастіше застосовуються багатошарові малогабаритні компоненти в епоксидній смолі або пластмасових корпусах ємністю від десятків пікофарад до одиниць мікрофарад. Вони використовуються у високочастотних ланцюгах радіоелектронної апаратури та можуть працювати у важких кліматичних умовах.

 

Для високовольтних ланцюгів виготовляють керамічні конденсатори більшого розміру та ємностями від десятків пикофарад до тисяч пикофарад. Вони застосовуються в імпульсних ланцюгах та апаратурі перетворення напруги.

Плівковий діелектрик буває різних видів. Найпоширеніший із них — лавсановий, що має високу міцність. Менш поширений поліпропіленовий діелектрик, що відрізняється меншими втратами і використовується в ланцюгах з великою напругою, наприклад, в ланцюгах посилення звуку та в ланцюгах середніх частот.

Окремий тип плівкових конденсаторів - пускові, які використовуються в момент пуску двигунів та за рахунок своєї високої ємності та спеціального матеріалу діелектрика знижують навантаження на електродвигун. Вони відрізняються високою робочою напругою та електричною реактивною потужністю.

Електролітичні конденсатори виконані у класичному виконанні. Корпус виготовлений з алюмінію, усередині розташовуються згорнуті металеві обкладки. На одній обкладці хімічним способом нанесено оксид металу, а на другий — рідкий або твердий електроліт, утворюючи діелектрик. Завдяки такому пристрою електролітичні конденсатори відрізняються великою ємністю, але особливістю їх використання з часом є її зміна.

На відміну від керамічних і плівкових електролітичні конденсатори мають полярність. Вони, своєю чергою, поділяються на неполярні, позбавлені цього недоліку, радіальні, мініатюрні, аксіальні. Область їх застосування — традиційна комп'ютерна та сучасна мікрокомп'ютерна техніка.

Спеціальним типом, який з'явився порівняно недавно, є іоністори. За своїм пристроєм вони схожі на електролітичні конденсатори, але вирізняються великою ємністю (до одиниць Фарад). Однак їх використання обмежується маленькою максимальною напругою в кілька Вольт. Іоністори використовуються для зберігання пам'яті: якщо акумулятор розрядився в мобільному телефоні або мініатюрному комп'ютері, збережена інформація не буде безповоротно втрачена.

Крім компонентів у вивідному виконанні, які з'явилися давно і традиційно використовувалися, випускаються сучасні компоненти в SMD-виконанні або, як його ще називають, для поверхневого монтажу. Наприклад, керамічні можуть випускатися в різних за розмірами корпусах, від найменших (1 мм на 0,5 мм) до найбільших (5,7 мм на 5 мм), і з відповідною напругою від десятків Вольт до сотень.

У корпусах для поверхневого монтажу можуть випускати електролітичні конденсатори. Це можуть бути стандартні алюмінієві електролітичні конденсатори, а можуть бути танталові, що зовні трохи схожі на керамічні, але відрізняються від них більшою ємністю та низькими втратами. Вони можуть бути як у вивідному, так і безвихідному SMD-виконанні.

Особливістю танталових конденсаторів є великий термін життя та мінімальні втрати при дещо меншій межі ємності, але при цьому вони відрізняються високою ціною. Вони використовуються у ланцюгах високої відповідальності, де потрібна велика ємність.

СХОЖІ СТАТТІ:

• Що таке електрична ємність і у чому вона вимірюється
• Що таке конденсатор і для чого він потрібний
• Що таке діелектрична проникність

Ви не маєте права надсилати коментарі