Электролитический конденсатор: основные параметры прибора, как работает и от чего зависит большая емкость

Обновлено: 18.04.2024

В РЭА и приборах применяют разнообразные конденсаторы. Конденсаторами называют элементы, у которых проводники обладают электрической емкостью, а сами проводники называют обкладками. Номинальная емкость конденсатора зависит от геометрических размеров его обкладок, расстояния между ними и материала диэлектрика. При увеличении диэлектрической проницаемости диэлектрика повышается емкость конденсатора.

Для каждого типоразмера номинальную емкость выбирают в соответствии со специальной шкалой, являющейся общесоюзным стандартом. Эта величина обозначается на корпусе конденсатора. Важным свойством конденсатора является то, что для переменного тока он представляет собой сопротивление, значение которого уменьшается с ростом частоты.

По конструкции и назначению различают конденсаторы постоянной емкости, переменной емкости, подстроечные и вариконды. Наиболее широко используют конденсаторы постоянной емкости.

Конденсаторы постоянной емкости. В качестве элементов колебательных контуров, различных фильтров, блокировочных элементов, а также для разделения цепей постоянного и переменного токов применяют конденсаторы постоянной емкости. В конденсаторах этого типа в качестве диэлектрика используют конденсаторную бумагу, полистироловую пленку, слюду, керамику или оксид алюминия. В зависимости от конструкции, параметров и назначения конденсаторы постоянной емкости делят на низкочастотные и высокочастотные.

К низкочастотным относят конденсаторы с бумажными диэлектриками (рис. 81, а) БМ, БГИ, КБГ, МБМ, МБГ, электролитические КЭ, ЭМ, ЭФ, ЭТО, ЭГЦ, к высокочастотным — слюдяные (рис. 81,б) конденсаторы, стеклоэмалевыс (рис. 81, в, г) КСО, СГМ, КСГ, КС; керамические (рис. 81. д) КТН, КТП, КТК, КДС, КОБ, КДК, КДО, КДУ, пленочные и металлопленочные.

Рис. 81. Основные типы конденсаторов постоянной емкости (а — д) и их условное обозначение (е)

Условное графическое обозначение конденсатора постоянной емкости состоит из двух коротких параллельных линий, обозначающих его две обкладки и диэлектрик между ними (рис. 81, е).

На электрической схеме рядом с изображением конденсатора указывают его номинальную емкость, а иногда и номинальное напряжение. Единицей измерения емкости является фарада (Ф) — емкость эталонного проводника, потенциал которого возрастает на один вольт при увеличении заряда на один кулон. Это очень большая величина, которая на практике не применяется. В производстве РЭА используют конденсаторы емкостью от долей пикофарады (пФ) до нескольких тысяч микрофарад (мкФ); применяют также конденсаторы емкостью в одну и более нанофарад (Н): 1 Ф = 10 6 мкФ = 10 12 пФ; 1 мкФ = 10 6 пФ; 1 Н = 1000 пФ = 0,001 мкФ.

По ГОСТ 2.702 — 69 емкость конденсаторов на схемах обозначается следующим образом: менее 1 пФ — соответствующим дробным числом с буквой П после него, например, 0,01 П; от 1 до 9999 пФ — в пикофарадах без обозначения единицы измерения, например, 270; от 0,01 мкФ (10000 пФ) до 9999 мкФ — в микрофарадах без обозначения единицы измерения, причем емкость указывают в виде дробного числа, например 0,047; 0,5 или числа с нулем через запятую — 20, 50 и т. д.

Номинальную емкость и допустимое отклонение от нее указывают на корпусах конденсаторов, иногда там же указывают номинальное рабочее напряжение. Маркировка единицы измерения емкости производится в сокращенном виде: П — пикофарада, М — микрофарада, Н — нанофарада. При этом емкости от 0 до 100 пФ маркируют буквой П либо после числа (если оно целое), либо на месте запятой, например 10 пФ = 10П; 1,8пФ = 1П8.

Емкости от 100 пФ (0,1 нФ) до 0,1 мкФ (100 нФ) обозначают в нанофарадах, а от 0,1 мкФ и выше — в микрофарадах. Если емкость выражена в нанофарадах или микрофарадах, соответствующую единицу измерения пишут на месте нуля или запятой, например, 150 пФ=15Н; 0,33 мкФ = МЗЗ; 1,55 пФ = 1Н5.

Емкости конденсаторов, выраженные целым числом соответствующих единиц, записывают обычным способом, например 0,01 мкФ = 10Н; 30 мкФ = 30М.

В зависимости от условий работы к конденсаторам предъявляют соответствующие требования. Так, конденсатор, включенный в колебательный контур, должен иметь очень малые потери на рабочей частоте и стабильную емкость во время его работы.

Потери в конденсаторах, определяемые потерями в диэлектрике, возрастают в основном при повышении температуры, влажности и частоты, в результате этого конденсатор нагревается. Потери в конденсаторах оцениваются тангенсом угла диэлектрических потерь (tgδ), который дополняет угол сдвига фаз φ между переменным напряжением и током до 90°. Величина, обратная tgδ , называется добротностью конденсатора (Qс). Наименьшими потерями обладают конденсаторы с диэлектриком из высокочастотной керамики, со слюдяными и пленочными диэлектриками, а наибольшими — конденсаторы с бумажным и сегнетокерамическим диэлектриками. Это следует учитывать при замене конденсаторов.

Изменение емкости конденсаторов под воздействием окружающей среды (в основном за счет изменения температуры) происходит за счет изменения размеров обкладок, зазоров между ними и свойств диэлектрика. Наиболее подвержены этому бумажные и металлобумажные конденсаторы широкого применения. Специальные теплоустойчивые конденсаторы этого типа могут работать в широком диапазоне температур (от 18° до 100 °С).

В зависимости от конструкции и примененного диэлектрика конденсаторы характеризуются температурным коэффициентом емкости (ТКЕ), показывающим относительное изменение емкости при изменении температуры на один градус, т. е. ТКЕ = ΔС/(СΔt), где ΔС — изменение емкости при изменении температуры на Δt°С; С — емкость при нормальной температуре.

Конденсаторы со слюдяным и керамическим диэлектриками могут иметь ТКЕ примерно 50-10 -6 /°С, а с бумажным — (1-3) • 10 -3 /°С, ТКЕ может быть положительным и отрицательным. По значению и знаку этого параметра конденсаторы постоянной емкости разделяются на группы, которым присвоены соответствующие буквенные обозначения и цвет окраски корпуса. Для сохранения стабильной работы колебательных контуров, настроенных на определенную частоту, в широком интервале температур часто применяют последовательное и параллельное соединения конденсаторов, у которых ТКЕ имеют противоположные знаки. Вследствие этого частота настройки колебательного контура при изменении температуры окружающей среды остается неизменной.

Электрическая прочность конденсаторов характеризуется номинальным и испытательным напряжениями.

Номинальное напряжение — эта наибольшее напряжение, приложенное к обкладкам конденсатора, при котором он надежно работает в заданных условиях.

Испытательное напряжение — это максимальное напряжение, которое конденсатор выдерживает, не теряя электрических свойств в течение небольшого промежутка времени (от нескольких секунд до нескольких минут).

Пробивное напряжение — это максимальное рабочее напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика.

Как и любые проводники, конденсаторы обладают некоторой индуктивностью. Она тем больше, чем длиннее и тоньше выводы конденсатора, чем больше размеры его обкладок и внутренних соединительных проводников. Наибольшей индуктивностью обладают бумажные конденсаторы, у которых обкладки выполнены в виде лент из фольги, свернутых вместе с диэлектриком. Собственная индуктивность конденсаторов ограничивает верхний предел частоты, на которой их можно применять, т. е. значение максимальной рабочей частоты определяется резонансной частотой колебательного контура, образованного емкостью и собственной индуктивностью конденсатора. Конденсаторы можно применять на частоте в 2 — 3 раза меньшей, чем их собственная резонансная частота.

Предельная частота для бумажных конденсаторов колеблется от 1 до 1,5 МГц, специальных бумажных (малых габаритов) — от 30 до 80 МГц, специальных слюдяных — от 150 до 250 МГц, специальных керамических — от 2000 до 3000 МГц.

Для защиты от помех, которые могут проникнуть в аппаратуру или прибор через цепь питания, а также для различных блокировочных устройств применяют специальные проходные конденсаторы (рис. 82).

Рис. 82. Проходной конденсатор (а) и его условное обозначение (б)

Проходной конденсатор имеет три вывода, два из которых представляют собой сплошной токопроводящий стержень, проходящий через корпус конденсатора. К этому стержню присоединена одна из обкладок конденсатора. Третьим выводом является металлический корпус, с которым соединена вторая обкладка. Корпус проходного конденсатора закрепляют непосредственно на шасси или экране, а провод питания припаивают к его среднему выводу. Благодаря такой конструкции токи высокой частоты (помехи) замыкаются на шасси или на экране прибора, и сигналы постоянного тока проходят беспрепятственно.

Электролитические конденсаторы применяют в низкочастотных цепях и в цепях фильтрации питания, где требуются конденсаторы с емкостью в десятки, сотни, а иногда и тысячи микрофарад. В электролитических конденсаторах роль одной обкладки (анода — положительного электрода) выполняет алюминиевый или танталовый электрод, роль диэлектрика — тонкий оксидный слой, нанесенный на него, а роль другой обкладки (катода — отрицательного электрода) — специальный электролит, выводом которого часто служит металлический корпус конденсатора. Включать электролитические конденсаторы можно только в цепи постоянного или пульсирующего напряжения и в той полярности, которая на нем указана: анод присоединяется к зажиму со знаком « + », а катод к зажиму (шасси) со знаком «-». Электролитические конденсаторы очень чувствительны к перенапряжению, поэтому на схемах рекомендуется рядом с их графическим изображением указывать их номинальные емкости и напряжение.

Промышленность выпускает электролитические конденсаторы КЭ (рис. 83, а), которые по способу крепления изготовляют в двух вариантах КЭ-1а и КЭ-16. Для печатного монтажа изготовляют специальные малогабаритные конденсаторы (рис. 83,б).

Рис. 83. Электролитические конденсаторы (а, б) и их условное обозначение (в)

Конденсаторы переменной емкости. В тех узлах РЭА, где требуется плавно изменять емкость, применяют конденсаторы переменной емкости (рис. 84, а). Наибольшее распространение имеют конденсаторы переменной емкости, в которых подвижная группа пластин при повороте оси входит в воздушные зазоры между пластинами неподвижной группы. Такие конденсаторы отличаются большой точностью установки емкости, высокой стабильностью и незначительными потерями. Благодаря этому их широко применяют для настройки высокоточных колебательных контуров. Диэлектриком в конденсаторах переменной емкости служит воздух.

Рис. 84. Конденсатор переменной емкости (а) и его условное обозначение (б)

В малогабаритной аппаратуре широкое применение нашли конденсаторы переменной емкости с твердым диэлектриком, в качестве которого используют фторопласт, полиэтилен. Графическое изображение конденсаторов переменной емкости приведено на рис. 84,б. Чтобы показать на схеме, какая из обкладок является ротором, на обозначении ротора ставится точка. Основными параметрами таких конденсаторов являются минимальная и максимальная емкости, которые указывают на схеме рядом с графическим изображением конденсатора.

По характеру изменения емкости в зависимости от угла поворота оси и формы пластин конденсаторы разделяют на четыре вида: прямоемкостные, прямоволновые, прямочастотные и среднелинейные (логарифмические). У прямоемкостных конденсаторов, имеющих полукруглые подвижные пластины, емкость изменяется пропорционально углу поворота оси; их применяют в специальной измерительной аппаратуре. Прямо волновые конденсаторы, имеющие специальную форму пластин, применяют в аппаратуре, где требуется изменять длину волны колебательного контура пропорционально углу поворота оси. Более широко применяют прямочастотные конденсаторы, дающие равномерное изменение частоты контура по диапазону, а также среднелинейные, у которых процентное изменение емкости, приходящееся на градус поворота оси, остается постоянным в любом месте шкалы.

Подстроенные конденсаторы. Для установки начальной емкости колебательного контура, которая определяет максимальную частоту его настройки, применяют подстроечные конденсаторы, емкость которых изменяется от единиц до двух-трех десятков пикофарад. Все конденсаторы этого типа разделяют на две основные группы: с воздушным (плоские и цилиндрические) и твердым диэлектриком. Наибольшее распространение среди конденсаторов с твердым диэлектриком получили керамические, которые в зависимости от конструкции разделяют на плоские поворотные и цилиндрические.

Керамические подстроечные конденсаторы КПК (рис. 85,а) предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока. Статором у них служит керамическое основание с нанесенным на его поверхность тонким серебряным сектором, ротором — керамический диск с таким же сектором. Емкость конденсатора изменяют поворотом диска. В простейшей аппаратуре иногда применяют проволочный подстроечный конденсатор, который состоит из отрезка медной проволоки диаметром 1 — 2 мм и длиной 15 — 20 мм, с плотно намотанным, виток к витку, изолированным проводом диаметром 0,2 — 0,3 мм (рис. 85,б). Емкость изменяют отматыванием провода, а чтобы обмотка не сползала, ее пропитывают каким-либо изоляционным составом (лаком, клеем, парафином и т. п.).

Рис. 85. Подстроечные металлокерамический (а) и проволочный (б) конденсаторы, их условное обозначение (с)

Вариконды. Конденсаторы, в которых в качестве диаэлектрика применяется специальная керамика, называются варикондами. Диэлектрическая проницаемость таких конденсаторов зависит от напряженности электрического поля, а емкость — от напряжения на его обкладках.

При изменении напряжения от нескольких вольт до номинального емкость вариконда изменяется в 3 — 6 раз. Вариконды можно использовать в различных устройствах автоматики, в генераторах качающейся частоты, модуляторах, для электрической настройки колебательных контуров и т. д.

Перед измерением емкости тестером или специальным индикатором прежде всего убеждаются в исправности конденсатора и отсутствии в нем короткого замыкания. При исправном конденсаторе стрелка прибора не отклоняется.

Если емкость конденсатора велика, то в момент подключения стрелка несколько отклоняется, а затем возвращается в прежнее положение. Для определения утечки конденсатора омметром при подключении электролитических конденсаторов соблюдают полярность. Наиболее просто и быстро можно измерить емкость специальными приборами — фарадометрами с непосредственным отсчетом емкости.

В конструкциях подавляющего количества электроприборов присутствует электролитический конденсатор. Телевизоры, радио, аудиотехника, стиральные машины, кондиционеры, компьютеры, принтеры — вот далеко не полный перечень приборов, оснащённых таким конденсатором. Достаточно широкое применение прибор нашёл не только в бытовых устройствах, используемых в повседневной жизни, но также в промышленной, военной и строительной сфере.

Особенности конструкции

Широкий спектр применения электролитических конденсаторов обусловлен их высокими функциональными свойствами и простотой конструкции. При относительно небольших размерах они обладают достаточно большой ёмкостью. Система стандартного конденсатора из алюминия состоит из:

Двух бумажных лент. Для их изготовления используется особая конденсаторная бумага, пропитанная составом, проводящим электрический ток.
Двух алюминиевых полосок. Фольга для их производства обрабатывается специальным образом.

Все полоски скручены в единый рулон. Роль активного элемента выполняют выводы, соединённые с электродами и оснащённые уплотнителем. Вся конструкция заключена в имеющий форму цилиндра алюминиевый корпус. На основе этой системы производится несколько видов моделей:

с выводами, расположенными в одном направлении;
с повышенной механической прочностью крепления;
для поверхностного монтажа.

Стадии производства

Все электролитические конденсаторы большой ёмкости изготавливаются в соответствии с выверенной технологией. Производственный процесс состоит из нескольких важных этапов:

Травление фольги. Таким термином принято обозначать процедуру увеличения эффективной площади поверхности. Увеличение площади становится возможным за счёт электрохимической коррозии либо химической эрозии. Пульсирующий ток в совокупности с определённой температурой и составом электролита меняет форму, размер фольги и число микроскопических каналов на её поверхности.
Образование оксидного слоя. Анодная фольга, прошедшая процедуру травления, подвергается окислению, т. е. на неё воздействуют раствором солей аммония, фосфорной или борной кислотой (в случае с высоковольтными конденсаторами). В некоторых случаях на катодной фольге тоже наращивают слой оксида алюминия Al2O3.
Нарезка. Из бумаги и прошедшей необходимую обработку фольги вырезают полоски заданной длины и ширины.
Присоединение выводов. С электродами их соединяют с помощью холодной или точечной сварки.
Пропитывание. Производится с целью заполнения электролитом пор конденсаторной бумаги. Перед этим электролитический конденсатор под давлением освобождается от влаги. В порах должен находиться определённый объём электролита. Его избыток удаляют, поместив элементы в центрифугу. Во избежание потери электролита внутрь устройства устанавливают резиновые уплотнители.

Заключительная стадия производства представляет собой сборку всех деталей в единый прибор, покрытый защитным корпусом из алюминия и изолирующей оболочкой. Ещё одним обязательным этапом является проверка на наличие повреждений оксидного слоя и его восстановление.

Основные характеристики

Устройство конденсатора легче всего представить в виде упрощённого описания. На нём можно увидеть основные параметры электролитических конденсаторов:

Ёмкость. Этот показатель находится в прямой зависимости от температуры. Падение температуры (до нулевого значения и ниже) приводит к тому, что вязкость электролитного состава (как и сопротивление в микроскопических порах фольги) увеличивается, приводя к уменьшению объёма. Увеличение температуры выше 20 градусов, наоборот, ведёт к расширению деталей и общей ёмкости прибора. Также величина этого показателя зависит от частоты. Частота и амплитуда переменного напряжения, поданного на прибор, помогают определить его ёмкость.
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR). Его размер и взаимосвязь с другими величинами определяется по формуле ESR=(tan δ)/(2*π*f* ESС). Угол δ образуется между вектором напряжения конкретного конденсатора и вектором напряжения на идеальной ёмкости. Tan δ представляет собой частное от деления активной мощности на реактивную мощность (при синусоидальной форме напряжения).
Полное сопротивление (импеданс) получается в результате суммарного действия ёмкости оксидного слоя, активного сопротивления бумажного сепаратора и электролита, ёмкости пропитанного электролитом сепаратора, индуктивности обмоток и выводов конденсатора.

Еще одна важная характеристика — это показатель тока, пропущенного через диэлектрический слой оксида на положительном электроде. Если конденсатор долгое время не получал напряжения, величина тока утечки будет высокой. Это свидетельствует о разрушении слоя оксида алюминия.

Разновидности конденсаторов

Неотъемлемой составляющей прибора и залогом его эффективной работы является наличие электролита между пластинами. В зависимости от того, какой состав выполняет эту функцию, конденсаторы бывают:

сухие;
жидкостные;
оксидно-металлические;
оксидно-полупроводниковые.

Отличительная особенность оксидно-полупроводниковых устройств заключается в том, что роль катода в них выполняет полупроводник, нанесённый непосредственно на оксид алюминия. Анод может быть изготовлен как из алюминия, так и из тантала, ниобия или спечённого порошка.

Наличие катода и анода свидетельствует о том, что электролитический конденсатор относится к разряду полярных приборов. Его работа возможна при прохождении тока только в одну сторону. Для работы в электрических цепях с синусоидным током были разработаны неполярные электролиты. В ходе их производства используются дополнительные элементы, значительно увеличивающие размеры и цену готовых устройств.

Отдельной разновидностью устройства, обеспечивающего протекание электрохимических процессов, считается ионистор. Его принцип действия основывается на соприкосновении электролита с обкладкой, в результате чего образуется двойной электрический слой. Подобная конструкция позволяет использовать ионистор не только по его прямому назначению, но и как химический источник электроэнергии.

Набранная за короткое время ёмкость ионистора может сохраняться долго. При напряжении около десяти вольт ёмкость может доходить до нескольких фарад. При оптимально подобранном сочетании напряжения и температурного режима его рабочий ресурс может достичь 40 тысяч часов. Однако колебание заданных изначально характеристик спровоцирует снижение срока службы в несколько десятков раз (до 500 часов).

Область использования ионисторов широка. Их задействуют для резервирования разных источников питания. Они успешно применяются в солнечных батареях, радиоаппаратуре для автомобилей и «умных домах».

Элементная база для конструирования электронных устройств усложняется. Приборы объединяются в интегральные схемы с заданным функционалом и программным управлением. Но в основе разработок — базовые приборы: конденсаторы, резисторы, диоды и транзисторы.

Что такое конденсатор

Прибор, который накапливает электроэнергию в виде электрических зарядов, называется конденсатором.

Количество электричества или электрический заряд в физике измеряют в кулонах (Кл). Электрическую ёмкость считают в фарадах (Ф).

Уединенный проводник электроёмкостью в 1 фараду — металлический шар с радиусом, равным 13 радиусам Солнца. Поэтому конденсатор включает в себя минимум 2 проводника, которые разделяет диэлектрик. В простых конструкциях прибора — бумага.

Работа конденсатора в цепи постоянного тока осуществляется при включении и выключении питания.Только в переходные моменты меняется потенциал на обкладках.

Конденсатор в цепи переменного тока перезаряжается с частотой, равной частоте напряжения источника питания. В результате непрерывных зарядов и разрядов ток проходит через элемент. Выше частота — быстрее перезаряжается прибор.

Сопротивление цепи с конденсатором зависит от частоты тока. При нулевой частоте постоянного тока величина сопротивления стремится к бесконечности. С увеличением частоты переменного тока сопротивление уменьшается.

Где применяются конденсаторы

Работа электронных, радиотехнических и электрических устройств невозможна без конденсаторов.

В электротехнике их используют для сдвига фаз при запуске асинхронных двигателей. Без сдвига фаз трехфазный асинхронный двигатель в переменной однофазной сети не функционирует.

Конденсаторы с ёмкостью в несколько фарад — ионисторы, используются в электромобилях, как источники питания двигателя.

Для понимания, зачем нужен конденсатор, нужно знать, что 10-12% измерительных устройств работают по принципу изменения электрической ёмкости при изменении параметров внешней среды. Реакция ёмкости специальных приборов используется для:

регистрации слабых перемещений через увеличение или уменьшение расстояния между обкладками;
определения влажности с помощью фиксирования изменений сопротивления диэлектрика;
измерения уровня жидкости, которая меняет ёмкость элемента при заполнении.

Трудно представить, как конструируют автоматику и релейную защиту без конденсаторов. Некоторые логики защит учитывают кратность перезаряда прибора.

Ёмкостные элементы используются в схемах устройств мобильной связи, радио и телевизионной техники. Конденсаторы применяют в:

усилителях высоких и низких частот;
блоках питания;
частотных фильтрах;
усилителях звука;
процессорах и других микросхемах.

Легко найти ответ на вопрос, для чего нужен конденсатор, если посмотреть на электрические схемы электронных устройств.

Принцип работы конденсатора

В цепи постоянного тока положительные заряды собираются на одной пластине, отрицательные — на другой. За счет взаимного притяжения частицы удерживаются в приборе, а диэлектрик между ними не дает соединиться. Тоньше диэлектрик — крепче связаны заряды.

Конденсатор берет нужное для заполнения ёмкости количество электричества, и ток прекращается.

При постоянном напряжении в цепи элемент удерживает заряд до выключения питания. После чего разряжается через нагрузки в цепи.

Переменный ток через конденсатор движется иначе. Первая ¼ периода колебания — момент заряда прибора. Амплитуда зарядного тока уменьшается по экспоненте, и к концу четверти снижается до нуля. ЭДС в этот момент достигает амплитуды.

Во второй ¼ периода ЭДС падает, и элемент начинает разряжаться. Снижение ЭДС вначале небольшое и ток разряда, соответственно, тоже. Он нарастает по той же экспоненциальной зависимости. К концу периода ЭДС равна нулю, ток — амплитудному значению.

В третьей ¼ периода колебания ЭДС меняет направление, переходит через нуль и увеличивается. Знак заряда на обкладках изменяется на противоположный. Ток уменьшается по величине и сохраняет направление. В этот момент электрический ток опережает по фазе напряжение на 90°.

В катушках индуктивности происходит наоборот: напряжение опережает ток. Это свойство стоит на первом месте при выборе, какие цепи использовать в схеме: RC или RL.

В завершении цикла при последней ¼ колебания ЭДС падает до нуля, а ток достигает амплитудного значения.

«Ёмкость» разряжается и заряжается по 2 раза за период и проводит переменный ток.

Это теоретическое описание процессов. Чтобы понять, как работает элемент в цепи непосредственно в устройстве, рассчитывают индуктивное и емкостное сопротивление цепи, параметры остальных участников, и учитывают влияние внешней среды.

Основные характеристики и свойства

К параметрам конденсатора, которые используют для создания и ремонта электронных устройств, относят:

Ёмкость — С. Определяет количество заряда, которое удерживает прибор. На корпусе указывается значение номинальной ёмкости. Для создания требуемых значений элементы включают в цепь параллельно или последовательно. Эксплуатационные величины не совпадают с расчетными.
Резонансная частота — fр. Если частота тока больше резонансной, то проявляются индуктивные свойства элемента. Это затрудняет работу. Чтобы обеспечить расчетную мощность в цепи, конденсатор разумно использовать на частотах меньше резонансных значений.
Номинальное напряжение — Uн. Для предупреждения пробоя элемента рабочее напряжение устанавливают меньше номинального. Параметр указывается на корпусе конденсатора.
Полярность. При неверном подключении произойдет пробой и выход из строя.
Электрическое сопротивление изоляции — Rd. Определяет ток утечки прибора. В устройствах детали располагаются близко друг к другу. При высоком токе утечки возможны паразитные связи в цепях. Это приводит к неисправностям. Ток утечки ухудшает емкостные свойства элемента.
Температурный коэффициент — TKE. Значение определяет, как ёмкость прибора меняется при колебаниях температуры среды. Параметр используют, когда разрабатывают устройства для эксплуатации в тяжелых климатических условиях.
Паразитный пьезоэффект. Некоторые типы конденсаторов при деформации создают шумы в устройствах.

Виды и типы конденсаторов

Емкостные элементы классифицируют по типу диэлектрика, применяемого в конструкции.

Бумажные и металлобумажные конденсаторы

Элементы используются в цепях с постоянным или слабо пульсирующим напряжением. Простота конструкции оборачивается пониженной на 10-25% стабильностью характеристик и возросшей величиной потерь.

В бумажных конденсаторах обкладки из алюминиевой фольги разделяет бумага. Сборки скручивают и помещают в корпус в форме цилиндра или прямоугольного параллелепипеда.

Приборы работают при температурах -60…+125°C, с номинальным напряжением у низковольтных приборов до 1600 В, высоковольтных — выше 1600 В и ёмкостью до десятков мкФ.

В металлобумажных приборах вместо фольги на диэлектрическую бумагу наносят тонкий слой металла. Это помогает изготовить элементы меньших размеров. При незначительных пробоях возможно самовосстановление диэлектрика. Металлобумажные элементы уступают бумажным по сопротивлению изоляции.

Электролитические конденсаторы

Конструкция изделий напоминает бумажные. Но при изготовлении электролитических элементов бумагу пропитывают оксидами металлов.

В изделиях с электролитом без бумаги оксид наносится на металлический электрод. У оксидов металлов односторонняя проводимость, что делает прибор полярным.

В некоторых моделях электролитических элементов обкладки изготавливают с канавками, которые увеличивают площадь поверхности электрода. Зазоры в пространстве между пластинами устраняют с помощью заливания электролитом. Это улучшает емкостные свойства изделия.

Большая ёмкость электролитических приборов — сотни мкФ, используется в фильтрах, чтобы сглаживать пульсации напряжения.

Алюминиевые электролитические

В приборах этого типа анодная обкладка делается из алюминиевой фольги. Поверхность покрывают оксидом металла — диэлектриком. Катодная обкладка — твердый или жидкий электролит, который подбирается так, чтобы при работе восстанавливался слой оксида на фольге. Самовосстановление диэлектрика продлевает время работы элемента.

Конденсаторы такой конструкции требуют соблюдения полярности. При обратном включении разорвет корпус.

Приборы, внутри которых располагаются встречно-последовательные полярные сборки, используют в 2 направлениях. Ёмкость алюминиевых электролитических элементов достигает нескольких тысяч мкФ.

Танталовые электролитические

Анодный электрод таких приборов изготовляют из пористой структуры, получаемой при нагреве до +2000°C порошка тантала. Материал внешне напоминает губку. Пористость увеличивает площадь поверхности.

С помощью электрохимического окисления на анод наносят слой пентаоксида тантала толщиной до 100 нанометров. Твердый диэлектрик делают из диоксида марганца. Готовую конструкцию прессуют в компаунд — специальную смолу.

Танталовые изделия используют на частотах тока свыше 100 кГц. Ёмкость создается до сотен мкФ, при рабочем напряжении до 75 В.

Полимерные

В конденсаторах используются электролит из твердых полимеров, что дает ряд преимуществ:

увеличивается срок эксплуатации до 50 тыс. часов;
сохраняются параметры при нагреве;
расширяется диапазон допустимых пульсаций тока;
сопротивление обкладок и выводов не шунтирует ёмкость.

Пленочные

Диэлектрик в этих моделях — пленка из тефлона, полиэстера, фторопласта или полипропилена.

Обкладки — фольга или напыление металлов на пленку. Конструкция используется для создания многослойных сборок с увеличенной площадью поверхности.

Пленочные конденсаторы при миниатюрных размерах обладают ёмкостью в сотни мкФ. В зависимости от размещения слоев и выводов контактов делают аксиальные или радиальные формы изделий.

В некоторых моделях номинальное напряжение 2 кВ и выше.

В чем отличие полярного и неполярного

Неполярные допускают включение конденсаторов в цепь без учета направления тока. Элементы применяются в фильтрах переменных источников питания, усилителях высокой частоты.

Полярные изделия подсоединяют в соответствии с маркировкой. При включении в обратном направлении прибор выйдет из строя или не будет нормально работать.

Полярные и неполярные конденсаторы большой и малой ёмкости отличаются конструкцией диэлектрика. В электролитических конденсаторах, если оксид наносится на 1 электрод или 1 сторону бумаги, пленки, то элемент будет полярным.

Модели неполярных электролитических конденсаторов, в конструкциях которых оксид металла нанесли симметрично на обе поверхности диэлектрика, включают в цепи с переменным током.

У полярных на корпусе присутствует маркировка положительного или отрицательного электрода.

Читайте также: