Конденсатор

Конденсатор (англ. capacitor, от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») – устройство на основе двух токопроводящих обкладок, между которыми находится диэлектрик, с нормированной постоянной или регулируемой емкостью.

Принцип работы:

Принцип работы основан на использовании свойства накопления заряда на двух проводниках, разделенных диэлектриком.

Функции:

  • Накопление заряда и энергии электрического поля.

Назначение:

  • Разделения постоянной и переменной составляющей тока.
  • Подавление помех.
  • Фильтрации пульсирующего тока.
  • Создание колебательного контура.

Классификация конденсаторов:

По способу монтажа:

  • для поверхностного монтажа (SMD/SMT);
  • для навесного монтажа (TH);
  • интегральные (тонкопленочные).

Основная классификация конденсаторов проводится по типу диэлектрика в конденсаторе. Тип диэлектрика определяет основные электрические параметры конденсаторов: сопротивление изоляции, стабильность емкости, величину потерь и др.

По виду диэлектрика различают:

  • Конденсаторы вакуумные (между обкладками находится вакуум).
  • Конденсаторы с газообразным диэлектриком.
  • Конденсаторы с жидким диэлектриком.
  • Конденсаторы с твердым неорганическим диэлектриком:

Стеклянные (стеклоэмалевые, стеклокерамические, стеклопленочные), слюдяные, керамические, тонкослойные из неорганических пленок.

  • Конденсаторы с твердым органическим диэлектриком:

Бумажные, металлобумажные, пленочные, комбинированные — бумажнопленочные, тонкослойные из органических синтетических пленок.

  • Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы.

Такие конденсаторы отличаются от всех прочих типов, прежде всего большой удельной емкостью. В качестве диэлектрика используется оксидный слой на металлическом аноде. Вторая обкладка (катод) — это или электролит (в электролитических конденсаторах), или слой полупроводника (в оксидно-полупроводниковых), нанесенный непосредственно на оксидный слой. Анод изготовляется, в зависимости от типа конденсатора, из алюминиевой, ниобиевой или танталовой фольги или спеченного порошка. Время наработки на отказ типичного электролитического конденсатора 3000-5000 часов при максимально допустимой температуре, качественные конденсаторы имеют время наработки на отказ не менее 8000 часов при температуре 105°С. Рабочая температура — основной фактор, влияющий на продолжительность срока службы конденсатора. Если нагрев конденсатора незначителен из-за потерь в диэлектрике, обкладках и выводах, (например, при использовании его во времязадающих цепях при небольших токах или в качестве разделительных), можно принять, что интенсивность отказов снижается вдвое при снижении рабочей температуры на каждые 10 °C вплоть до +25 °C.

Могут взрываться при неправильных условиях эксплуатации.

Подробнее про взрыв электролитических конденсаторов:

Спойлер

Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления (внутреннего сопротивления) вследствие старения (актуально для импульсных устройств). В современных компьютерах перегрев конденсаторов — также очень частая причина выхода их из строя, когда они стоят рядом с источниками повышенного тепловыделения (радиаторы охлаждения).

Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой емкости устанавливают вышибной предохранительный клапан или выполняют надсечку корпуса (часто ее можно заметить в виде креста или в форме букв X, K или Т на торце цилиндрического корпуса, иногда, на больших конденсаторах, она покрыта пластиком). При повышении внутреннего давления вышибается пробка клапана или корпус разрушается по насечке, пары электролита выходят в виде едкого газа и, даже, брызг жидкости. При этом разрушение корпуса конденсатора происходит без взрыва, разбрасывания обкладок и сепаратора.

Старые электролитические конденсаторы выпускались в герметичных корпусах и в конструкции их корпусов не предусматривалась взрывобезопасность. Скорость разлета осколков при взрыве корпуса устаревших конденсаторов может быть достаточно большой, чтобы травмировать человека.

В отличие от электролитических, взрывоопасность оксидно-полупроводниковых (танталовых) конденсаторов связана с тем, что такой конденсатор фактически представляет собой взрывчатую смесь: в качестве горючего служит тантал, а в качестве окислителя — двуокись марганца, и оба этих компонента в конструкции конденсатора перемешаны в виде тонкого порошка. При пробое конденсатора или при его случайной переполюсовке, выделившееся при протекании тока тепло, инициирует реакцию между данными компонентами, протекающую в виде сильной вспышки с хлопком, что сопровождается разбрасыванием искр и осколков корпуса. Сила такого взрыва довольно велика, особенно у крупных конденсаторов, и способна повредить не только соседние радиоэлементы, но и плату. При тесном расположении нескольких конденсаторов возможен прожог корпусов соседних конденсаторов, что приводит к одновременному взрыву всей группы.

  • Твердотельные конденсаторы:

Вместо традиционного жидкого электролита используется специальный токопроводящий органический полимер или полимеризованный органический полупроводник. Время наработки на отказ ~50000 часов при температуре 85°С. Внутреннее сопротивление меньше чем у жидко-электролитических и слабо зависит от температуры. Не взрываются.

Кроме того, конденсаторы различаются по возможности изменения своей емкости:

  • Постоянные конденсаторы:

Не изменяется номинальная емкость (кроме как в течение срока службы вследствие старения).

  • Подстроечные конденсаторы:

Конденсаторы, емкость которых 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. Максимальное значение емкости подстроечного конденсатора ~ 100 пФ.

В зависимости от назначения можно условно разделить конденсаторы на конденсаторы общего и специального назначения. Конденсаторы общего назначения используются практически в большинстве видов и классов аппаратуры. Традиционно к ним относят наиболее распространенные низковольтные конденсаторы, к которым не предъявляются особые требования. Все остальные конденсаторы являются специальными. К ним относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические, пусковые и другие конденсаторы.

Также различают конденсаторы по форме обкладок: плоские, цилиндрические, сферические.

Если вы любите читать с умным видом, или просто нравится делать умное лицо, то рекомендуется посмотреть таблицу ниже:

Спойлер
Типы конденсаторов
Таблица 1 — Типы конденсаторов.

Как видно из данной таблицы, емкость зависит от расстояния между обкладками конденсатора, на этом свойстве и построен принцип работы подстроечных конденсаторов.

Страниц: 1 2 3 4 5 6