Виды и параметры конденсаторов — Онлайн-журнал «Толковый электрик»
Конденсатор – устройство, способное накапливать электрический заряд. В зависимости от назначения и конструкции конденсаторы делятся на ряд видов.В статье рассмотрим основные электрические параметры конденсаторов.
Ассортимент конденсаторовСодержание
- Электрические параметры конденсаторов
- Конструктивные исполнения конденсаторов
- Классификация конденсаторов по виду диэлектрика
- Условные обозначения конденсаторов
Электрические параметры конденсаторов
Основные характеристики и единицы их измерения приведены в таблице
| Номинальная емкость | С | Фарада |
| Допустимое отклонение емкости | ∆С | % |
| Номинальное напряжение | U | Вольт |
| Температурная стабильность емкости | ТКЕ | % |
Фарада – физическая величина, названная в честь английского физика Майкла Фарадея.
Она слишком велика для использования в электротехнике. На практике емкость измеряют в микрофарадах (1мкФ = 10-6 Ф), нанофарадах (1нФ = 10-9 Ф) или пикофарадах (1пФ=10-12Ф)
При нанесении величины емкости на корпус конденсатора для обозначения «нФ» дополнительно используют символы «nF», «пФ» — «рФ», а микрофараду обозначают сокращением «мкФ» или «μФ».
Примеры обозначения емкости конденсаторовЕмкость конденсаторов не может принимать произвольные значения. Они унифицированы и выбираются из стандартных рядов емкостей.
Допустимое отклонение емкости указывает, с какой точностью изготовлен конденсатор. Она указывает, в каком допустимом диапазоне может находиться величина емкости в процентах от номинала. Для измерительных устройств этот параметр выбирается как можно меньшим.
Номинальное напряжение – это напряжение, которое выдерживают обкладки конденсатора длительное время. При превышении этого параметра конденсатор выйдет из строя.
Для переменного тока руководствуются не действующим, а амплитудным значением напряжения. Например, при выборе конденсатора для пуска электродвигателя на номинальное напряжение 380 В нужно использовать конденсатор на рабочее напряжение U>380∙√2=537, то есть, на 600 В.
Температурная стабильность характеризует диапазон, в котором изменяется емкость при изменении температуры окружающей среды. Для устройств, сохраняющих работоспособность в широком диапазоне температур, значение этого параметра выбирается более низким.
Конструктивные исполнения конденсаторов
Конденсаторы, емкость которых не может изменяться, называются конденсаторами постоянной емкости.
Но в некоторых цепях для обеспечения возможности регулировки работы схемы и установки точных параметров ее работы применяются подстроечные конденсаторы. Емкость их изменяется при помощи отвертки.
Подстроечные конденсаторыВ отличие от них конденсаторы переменной емкости применяются для выполнения пользовательских регулировок, например, для настройки радиоприемника на нужную волну.
Существуют конденсаторы специального назначения. Например, конденсаторы для защиты от радиопомех и сглаживающих фильтров, располагающихся парами в одном корпусе.
Два конденсатора в одном корпусеОтдельно выделяются конденсаторы для поверхностного монтажа или SMD-конденсаторы. Они технологичны для монтажа на автоматических конвейерных линиях, а размеры позволяют минимизировать габаритные размеры устройств.
SMD-конденсаторыКлассификация конденсаторов по виду диэлектрика
Воздух в качестве диэлектрика использовался только для конденсаторов переменной емкости старого образца. Чем меньше материал между обкладками конденсатора проводит электрический ток, тем меньших размеров может быть изготовлен этот элемент на то же рабочее напряжение. При использовании определенных материалов можно получить конденсаторы с необходимыми свойствами.
В зависимости от материала диэлектрика между обкладками выпускаются конденсаторы:
| Вакуумные |
| Воздушные |
| С газообразным диэлектриком |
| Керамические |
| Кварцевые |
| Стеклянные |
| Слюдяные |
| Бумажные |
| Металлобумажные |
| Электролитические |
| Полупроводниковые |
| Металло-оксидные |
| Полистирольные |
| Фторопластовые |
| Полиэтилентерефталатные |
| Лакопленочные |
| Поликарбонатные |
Из всего этого перечня самыми распространенными в электротехнике являются бумажные и металлобумажные конденсаторы, использующиеся для схем запуска однофазных двигателей и для компенсации реактивной мощности.
Всем известны электролитические конденсаторы, используемые в выпрямителях для сглаживающих фильтров. Их главная особенность – невозможность работы на переменном токе.
При ошибках в полярности подключения электролитических конденсаторов они выходят из строя, иногда – со взрывом. То же произойдет при превышении номинального напряжения электролитического и металлобумажного конденсатора, так как они выпускаются в герметичных корпусах.
Металлобумажный оксидный конденсатор в герметичном корпусеУсловные обозначения конденсаторов
| Конденсатор постоянной емкости | |
| Конденсатор переменной емкости | |
| Подстроечный конденсатор | |
| Электролитический конденсатор | |
| Два конденсатора в общей обкладкой в одном корпусе |
Оцените качество статьи:
расшифровка букв, цифр, смешанных значений
Маркировка конденсаторов при выборе какого-либо элемента в схеме имеет большое значение.
Она разнообразная и сложная по сравнению с резисторами. Специалист, который работает непосредственно с конденсаторами должен обязательно знать, как расшифровывается та или иная маркировка.
Таблица маркировки конденсаторов
| Код | Пикофарады, (пф, pf) | Нанофарады, (нф, nf) | Микрофарады, (мкф, µf) |
| 109 | 1.0 | 0.001 | 0.000001 |
| 159 | 1.5 | 0.0015 | 0.000001 |
| 229 | 2.2 | 0.0022 | 0.000001 |
| 339 | 3.3 | 0.0033 | 0.000001 |
| 479 | 4.7 | 0.0047 | 0.000001 |
| 689 | 6.8 | 0.0068 | 0.000001 |
| 100* | 10 | 0. 01 |
0.00001 |
| 150 | 15 | 0.000015 | |
| 220 | 22 | 0.022 | 0.000022 |
| 330 | 33 | 0.033 | 0.000033 |
| 470 | 47 | 0.047 | 0.000047 |
| 680 | 68 | 0.068 | 0.000068 |
| 101 | 100 | 0.1 | 0.0001 |
| 151 | 150 | 0.15 | 0.00015 |
| 221 | 220 | 0.22 | 0.00022 |
| 331 | 330 | 0.33 | 0.00033 |
| 471 | 470 | 0.47 | 0.00047 |
| 681 | 680 | 0. 68 |
0.00068 |
| 102 | 1000 | 1.0 | 0.001 |
| 152 | 1500 | 1.5 | 0.0015 |
| 222 | 2200 | 2.2 | 0.0022 |
| 332 | 3300 | 3.3 | 0.0033 |
| 472 | 4700 | 4.7 | 0.0047 |
| 682 | 6800 | 6.8 | 0.0068 |
| 103 | 10000 | 10 | 0.01 |
| 153 | 15000 | 15 | 0.015 |
| 223 | 22000 | 22 | 0.022 |
| 333 | 33000 | 33 | 0.033 |
| 473 | 47000 | 47 | 0. 047 |
| 683 | 68000 | 68 | 0.008 |
| 104 | 100000 | 100 | 0.1 |
| 154 | 150000 | 150 | 0.15 |
| 224 | 220000 | 220 | 0.22 |
| 334 | 330000 | 330 | 0.33 |
| 474 | 470000 | 470 | 0.47 |
| 684 | 680000 | 680 | 0.68 |
| 105 | 1000000 | 1000 | 1.0 |
Маркировка твердотельных конденсаторов
По международному стандарту — начинают читать с единиц измерения. Фарады применяются для измерения ёмкости. Маркировку наносят на корпус самого устройства.
Иногда наносят маркеры, которые указывают на допустимые отклонения от нормы емкости самого конденсатора (указывается в процентах).
Порой, вместо них используется буква, которая обозначает то или иное значение самого допуска. Затем опреедляем номинальное напряжение. В том случае, если же корпус устройства имеет большие размеры, данный параметр обозначается цифрой, за которой далее следуют буквы. Максимально допустимое значение параметра указывается с помощью цифр. Если на корпусе нет никакой информации о допустимом значении напряжения, то использовать его можно только в цепях с низким напряжением. Если же устройство, согласно его параметрам, должно использоваться в цепях, где есть переменный ток, то применяться оно, соответсвенно, должно именно так и не иначе.
Устройство, которое работает с постоянным током, нельзя использовать в цепях с переменным.
Далее, определием полярность устройства: положительную и же отрицательную. Этот шаг очень важен.
Если полюса будут определены неверно, велик риск возникновения короткого замыкания или даже взрыва самого устройства. Независимо от полярности, конденсатор можно будет подключить в том случае, если не указана какая-либо информация о плюсе и же минусе клемм.
Значение полярности могут наносить в виде специальных углублений, которые имеют форму кольца, или же в виде одноцветной полосы. В конденсаторах из алюминия, которые по своему внешнему виду похожи на банку из-под консервов, подобные обозначения говорят об отрицательной полярности. А, например, в танталовых конденсаторах, которые имеют небольшие габариты, все наоборот — полярность при данных обозначениях будет являться положительной. Цветовую маркировку не стоит учитывать лишь в том случае, если на самом конденсаторе будут указаны плюс и минус.
Маркировка конденсаторов: расшифровка
Значения первых двух цифр на корпусе, которые указывают на ёмкость устройства. Если конденсатор небольшого размера — маркировка осуществляется согласно стандарту EIA.
Цифры: обозначение
Когда в обозначении указаны только одна буква и две цифры, то цифры соответствуют параметру ёмкости конденсатора. По-своему нужно расшифровывать остальные маркировки, опираясь на ту или иную инструкцию. Множитель нуля — это третья по счету цифра. Расшифровку проводят в зависимости от того, какая цифра находится в конце. К первым двум цифрам необходимо добавить определённое количество нолей, если цифра входит в диапазон от ноля до шести. Если последней цифрой является число восемь, то в таком случае необходимо на 0,01 умножить две первые цифры. Когда значение ёмкости конденсатора станет известным, нужен будет определить то, в таких единицах измерения указана данная величина. Устройства из керамики, а также плёночные варианты являются мелкими. В них данный параметр измеряется в пикофарадах. Микрофарады используются для больших конденсаторов.
Буквы: их обозначение
Далее необходимо провести расшифровку букв, которые есть в маркировке. Если в первых двух символах есть буква, то в таком случае расшифровать ее можно несколькими методами.
Если есть буква R, то она играет роль запятой, которая используется в дроби. Если есть буквы u, n, p — то оно тоже выполняют роль запятой в той же самой дроби.
Керамические конденсаторы: маркировка
Данные виды устройств имеют два контакта, а также круглую форму. На корпусе будут указаны как основные показатели, так и допуск отклонений от номы параметра ёмкости. Для этого используют специальную букву, которая находится после обозначения ёмкости в цифрах.
Если есть буква В, то отклонение в таком случае будет равняться +0,1 пФ, если буква С — то + 0,25 пФ и так далее. Только при значении параметра ёмкости менее 10пФ используются данные значения. Если параметр ёмкости больше указанного выше, то буквы — это процент допустимых отклонений.
Смешанная маркировка из цифр и букв
Маркировка может быть указана в виде буквы, затем цифры, а после снова буквы. Первый символ — это самая маленькая допустимая температура. Второй символ обозначает, наоборот, самую большую допустимую температуру.
Третий символ — это ёмкость устройства, которая может изменяться в переделах ранее указанных значений температур.
Остальные маркировки
Значение напряжения можно узнать с помощью маркировки, которая находится на корпусе устройства. Символы говорят о допустимом максимальном значении параметра для того или иного конденсатора. Иногда маркировку упрощают. Например, используется только первая цифра. Напряжение меньше десяти вольт будет обозначаться, например, нулём, а этот же параметр, который будет иметь напряжение в пределах от десяти до девяноста девяти вольт — единицей и так далее. Другую маркировку имеют устройства, которые были выпущены намного раньше. Тогда нужно обратиться к справочнику во избежание совершения ошибок. У нас вы можете также узнать, как проверить конденсатор мультиметром на плате.
Учебное пособие по конденсатору— обозначение, параметры, соединения
- Калькуляторы
- Задачи проектирования
Войти
Добро пожаловать! Войдите в свою учетную запись
ваше имя пользователя
ваш пароль
Забыли пароль?
Создать учетную запись
Политика конфиденциальности
Зарегистрироваться
Добро пожаловать!Зарегистрируйте аккаунт
ваш адрес электронной почты
ваше имя пользователя
Пароль будет отправлен вам по электронной почте.
Политика конфиденциальности
Восстановление пароля
Восстановить пароль
ваш адрес электронной почты
Поиск
Модифицировано:
Статьи
Соглашение
Конденсатор — фундаментальный Passive Electron не менее чем из двух электрических проводников (пластин) и разделяющего их диэлектрика (изолятора). После подачи напряжения на пластины происходит сбор начинается электрический заряд .
В зависимости от конструкции, параметров и типа системы, в которой применяются конденсаторы, они могут собирать энергию , включать (передача энергии), фильтровать и блокировать сигналы . Фильтры и RC-таймеры получили свое название от комбинации резистора и конденсатора в одной системе — и аналогично в системе RLC использовались резистор и конденсатор, но с добавлением катушки .
Емкость конденсатора (количество заряда, которое конденсатор может хранить) выражается в фарадах [Ф] . Несмотря на то, что 1 Фарад является крупной единицей, обычно производятся конденсаторы с емкостью пико [ пФ] , нано [ нФ ] и микро [ мкФ ] фарад.
C – емкость конденсатора [F – F арад] 1184.
Q — Электрический заряд на одной тарелке [ C — C OULOMB]
V — напряжение между пластинами V — V OLT]
- электролитические – работают только на низких частотах, имеют значительную мощность и величину утечки,
- керамика – обычно работают на высоких частотах, из этого материала также изготавливаются триммеры, представляющие собой конденсаторы переменной емкости,
- полимерные – (пластиковые) – пригодны для работы при больших токах и отличаются высокой стойкостью к напряжению.
- Номинальная емкость – значение, указанное производителем, оно определяет емкость этого элемента,
- Допуск емкости – указывается в процентах [%], максимальное отклонение фактического значения элемента от его номинального значения,
- Номинальное напряжение – максимально допустимое значение напряжения для соответствующего компонента, обычно дается как сумма напряжения и пикового значения переменного напряжения,
- Испытательное напряжение – значение напряжения, которое конденсатор способен «выдержать» за короткое время,
- Температурный коэффициент емкости ( ТСС )- описывает максимальное изменение емкости в заданном диапазоне температур,
- Утечка — отвечает за саморазряд конденсатора, зависит от сопротивления изоляции,
- Устойчивость к импульсам напряжения – описана оптимальная частота зарядки и разрядки конденсатора,
- Коэффициент рассеяния конденсатора (tan δ) – зависит от температуры и частоты, чем выше значение, тем хуже качество конденсатора.
Как и в случае катушек индуктивности и резисторов, конденсаторы могут быть соединены параллельно и последовательно.
Последовательное соединение:
Рис. 2. Конденсаторы, соединенные последовательноЕмкость конденсаторов, соединенных последовательно (в отличие от резисторов), можно описать следующей формулой:
Электрический заряд параллельно соединенных конденсаторов представляет собой сумму накопленных на них зарядов – как показывает приведенное выше соотношение.
Рис. 3. Параллельное соединение конденсаторов
Михал
Инженер электроники и связи с дипломом магистра электроэнергетики. Светодизайнер опытный инженер. В настоящее время работает в сфере IT.
Английский
Часть 9 – Параметры испытаний и электрические свойства
Добро пожаловать в серию «Основы конденсаторов», в которой мы расскажем вам о тонкостях конденсаторов — их свойствах, классификации продуктов, стандартах испытаний и вариантах использования — чтобы помочь вам принять обоснованное решение о правильных конденсаторах для ваших конкретных задач.
Приложения. После описания диэлектрических классификаций в нашей предыдущей статье давайте обсудим условия испытаний конденсаторов и их электрические свойства.
Электрические характеристики конденсаторов с керамическим чипом сильно зависят от условий испытаний, в первую очередь от температуры, напряжения и частоты. Эта зависимость от тестовых параметров более очевидна для сегнетоэлектрических диэлектриков класса II и незначительна или более легко предсказуема для составов класса I. Поэтому были установлены определенные отраслевые стандарты измерений, которые дают соответствующие пределы производительности для любых заданных электрических свойств и диэлектрических характеристик.
Зависимость от температуры
Температурный коэффициент (емкость и зависимость от температуры)
В целом, материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью K при 25°C демонстрируют большее изменение при изменении температуры. Температурный коэффициент емкости (T CC или T.
C.) измеряет изменение емкости в зависимости от температуры и выражается в единицах ppm/°C (частей на миллион на градус Цельсия) для конденсаторов класса I и %ΔC (процентное изменение емкости). ) из измерения комнатной температуры для конденсаторов класса II.
Диэлектрические потери и температура
Диэлектрики класса I демонстрируют лишь незначительное изменение коэффициента диэлектрических потерь (DF) в зависимости от температуры в стандартном температурном диапазоне от -55°C до 125°C, тогда как диэлектрики класса II показывают общее снижение DF с температурой ( особенно в точке Кюри материала или вблизи нее). При комнатной температуре 25 °C отраслевые стандарты требуют, чтобы DF для стандартных диэлектриков класса I (таких как C0G-NP0) не превышала 0,1%, тогда как DF для диэлектриков класса II Mid-K (таких как X7R) не должен превышать 2,5. %, а DF диэлектриков класса II High-K (таких как Z5U и Y5V) не должен превышать 3,0%.
Рис. 1. Кривые коэффициента диэлектрических потерь в зависимости от температуры
Сопротивление изоляции и температура
материал, выдерживающий утечку тока.
Поскольку тепловая энергия увеличивает диффузию носителей заряда, утечка тока увеличивается с температурой. Как правило, IR большинства диэлектриков при 125°C уменьшается на один-два порядка по сравнению с измерением при 25°C. Отраслевые стандарты требуют, чтобы показания ИК-излучения при 125°C превышали 100 Ом-Фарад (ОмФ).
Диэлектрическая прочность и температура
Диэлектрическая прочность изоляторов обратно пропорциональна температуре, поскольку тепло снижает собственное удельное сопротивление материала. Как правило, правильно спроектированный конденсатор надежной конструкции должен выдерживать нормальный диэлектрик при 25°C, выдерживая импульсное напряжение, даже при температуре 125°C.
Зависимость от постоянного напряжения
Коэффициент В постоянного тока (зависимость от емкости и постоянного напряжения)
При подаче постоянного напряжения все сегнетоэлектрические составы класса II в конечном итоге испытывают снижение диэлектрической проницаемости, и это влияние более серьезно для диэлектриков с более высокой диэлектрической проницаемостью.
Такое поведение объясняется ограничением постоянного напряжения на реакцию поляризационных механизмов, которые приводят к увеличению диэлектрической проницаемости материала.
Как видно на рис. 2, ожидаемая емкость изменяется при увеличении напряжения смещения постоянного тока на 0,001 дюйма (0,0254 мм). Толщина отдельных диэлектрических слоев определяет нагрузку устройства в вольтах на мил во время работы. Следовательно, конденсаторы с одинаковой емкостью и номинальным напряжением могут вести себя совершенно по-разному в зависимости от внутренней конструкции конденсаторов. 9Рис. 2. Коэффициенты напряжения для смещения постоянного тока диапазон рабочих температур, при рабочем напряжении. Предполагая, что диэлектрик доступен с T.C. характеристики находятся в пределах ±15% от максимального ΔC, производителю обычно нужно учитывать только отрицательный вклад коэффициента напряжения.
Например, рассмотрим конденсатор X7R емкостью 0,1 мкФ, рассчитанный на 200 В постоянного тока.
Этот многослойный керамический конденсатор (MLCC) состоит из 35 слоев толщиной 0,00018 дюйма или 0,0457 мм, что означает, что диэлектрические слои испытывают только 111 111 вольт/дюйм или 4,4 микрона при работе при 200 В постоянного тока. Поэтому согласно рисунку 2 коэффициент напряжения (VC) составляет всего -15%. Если Т.К. диэлектрика составляет ±7% ΔC, а VC составляет -15 % ΔC, тогда максимальная TVC составляет +7–22 % ΔC.
Формирование напряжения и старение
Диэлектрики класса II испытывают эффект ускоренного старения при воздействии постоянного напряжения даже при комнатной температуре, и этот эффект еще сильнее проявляется при более высоких напряжениях и с диэлектриками с повышенной диэлектрической проницаемостью. При производстве диэлектриков Mid-K с жестким допуском (±5%) или высоковольтных устройств продукт обычно повторно нагревают после испытаний на стойкость к ИК-излучению или диэлектрическому напряжению, чтобы сохранить допуск по емкости и установить новый цикл старения.
Устройства X7R могут снизить номинальные характеристики емкости на 3% после испытаний на постоянное напряжение при 300 000 вольт/дюйм или 11,8 вольт/микрон.
Коэффициент рассеяния и напряжение постоянного тока
Диэлектрики класса II испытывают снижение диэлектрических потерь с увеличением напряжения. На самом деле, DF может быть уменьшена на 75% при смещении 100 000 вольт/дюйм или 3,9 вольт/микрон для диэлектриков X7R.
Зависимость от переменного напряжения
Коэффициент переменного напряжения (емкость и зависимость от переменного напряжения)
У конденсаторов класса II диэлектрическая проницаемость всегда увеличивается с увеличением испытательного напряжения переменного тока (при этом диэлектрики с более высоким значением K реагируют быстрее), до некоторого порогового напряжения значение достигается там, где эффект меняется на противоположный. Диэлектрики класса I, работающие в параэлектрическом состоянии, демонстрируют пренебрежимо малую или лишь ограниченную реакцию на переменное смещение.
Промышленные стандарты определяют испытательное напряжение 1,0 ±0,2 В действ. для всех диэлектриков, за исключением некоторых корпусов High-K менее стабильного класса II, для которых производители обычно указывают 0,1 или 0,5 В действ. . Таким образом, применение этих материалов при других напряжениях создает проблемы с корреляцией даже при низком напряжении (ниже 5 В действующее значение / 0,001 дюйма), как показано на рисунке 3. Как и в случае с коэффициентом постоянного напряжения, ситуация еще больше усложняется добавленной переменной конструкции конденсатора (т.е. диэлектрической толщины отдельных слоев)
. MLCC построены с тонкими диэлектрическими слоями, они не идеальны для использования в схемах с большим переменным напряжением и большим током, так как диэлектрические потери становятся весьма значительными между 5 и 20 В rms /0,001″.
приложенное поле приводит к уменьшению измеренного значения емкости.
Некоторые процессы поляризации имеют более медленное время реакции, которое не может поспевать за высокочастотным изменением полярности поля, что приводит к уменьшению диэлектрической проницаемости и увеличению диэлектрических потерь.
Эти эффекты являются общими для всех диэлектрических групп, но более преобладают в сегнетоэлектрических составах, которые демонстрируют большую ионную поляризацию. Типичные кривые для емкости и коэффициента рассеяния в зависимости от частоты показаны на рисунках 5 и 6.
Рисунок 5. емкость против частоты
Рисунок 6. Коэффициент диссипации против частоты
999999 Рисунок 6. Фактор диссипации.
Старение и зависимость от времени
Как обсуждалось в части 5 нашей серии, сегнетоэлектрические диэлектрики проявляют старение, при котором происходит потеря емкости по мере того, как ионы в кристаллической решетке смещаются и стабилизируются в положениях с более низкой потенциальной энергией.