Конденсаторы. Конструктивные разновидности постоянных конденсаторов

1.

Конденсаторы
Конденсатор — двухполюсник с определённым или переменным
значением ёмкости и малой проводимостью; устройство для накопления
заряда и энергии электрического поля (W=C*U2/ 2).
В простейшем варианте конструкция состоит из двух электродов в форме
пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина
которого мала по сравнению с размерами обкладок.
C = ɛ0*ɛ*S / d [пФ],
где ɛ0≈ 8,85·10-3 пФ/мм диэлектрическая проницаемость вакуума
(диэлектрическая постоянная), ɛ - относительная диэлектрическая
проницаемость использованного диэлектрика, S – площадь обкладок [мм2],
d – расстояние между обкладками (толщина диэлектрика) [мм]

2.

В настоящее время постоянные конденсаторы имеют
более
сложные
конструктивно-технологические
решения. При этом конденсаторы различают:
по типу диэлектрика: керамические, слюдяные,
плёночные, электролитические и др.;
по конструктивному решению: конденсаторы для монтажа
в отверстия (выводные), для поверхностного монтажа
(чип-конденсаторы);
по рабочему напряжению, габаритам, температурному
коэффициенту ёмкости и др.

3.

По виду диэлектрика конденсаторы постоянной емкости
делятся на пять групп:
• с газообразным диэлектриком (воздушные,
газонаполненные, вакуумные);
• с жидким диэлектриком;
• с твердым неорганическим диэлектриком (керамические,
стеклокерамические, стеклоэмалевые, стеклопленочные
и др.);
• с твердым органическим диэлектриком (бумажные,
металлобумажные, фторопластовые,
полиэтиленфталатные);
• с оксидным диэлектриком (электролитические, оксиднополупроводниковые, оксидно-металлические),
выполняемые с использованием алюминия, титана,
ниобия, сплавов тантала и ниобия.

4.

Конструктивные разновидности постоянных конденсаторов

5.

6.

7.

На практике применяют постоянные, переменные и подстроечные
конденсаторы

8.

Условные обозначения конденсаторов
а – постоянной емкости
б – электролитический полярный
в – переменной ёмкости регулировочный
г – переменный подстоечный
д – вариконд
е – дифференциальный
ж - многосекционный

9.

Переменные и подстроечные конденсаторы
Различаются в основном конструктивным выполнением.
Переменные
регулировочные
конденсаторы имеют ручку, с помощью
которой вращается подвижная часть. Их
конструкция
рассчитана
на
долговременную работу в режиме
вращения ротора.
У
переменных
подстроечных
конденсаторов подвижная часть, как
правило, имеет шлиц для её
вращения отверткой и конструкция
подвижной части упрощена. Она не
рассчитана
на
долговременную
работу в режиме вращения.

10.

Основные параметры постоянных конденсаторов
1. Ёмкость — способность конденсатора накапливать и удерживать на своих обкладках
электрические заряды под действием приложенного напряжения. Если к конденсатору
приложить напряжение U (В), то на его обкладках будет накапливаться заряд Q (Кл), и
емкость будет определяться по формуле
C=Q/U.
Единицей измерения емкости является фарад, но поскольку это очень большая величина,
емкость конденсатора принято измерять в микрофарадах (мкФ), нанофарадах (нФ) или
пикофарадах (пФ).
Емкость, указанная на конденсаторе, называется номинальной Сн. Фактическая емкость
конденсатора Сф, может отличаться от номинальной Сн, на значение допустимого
отклонения, которое выражается в процентах. Фактическая ёмкость конденсатора – это
значение ёмкости, измеренное при данной температуре и определенной частоте.
2. Величина допуска характеризует класс точности конденсаторов. В зависимости от
допустимого отклонения емкости различают 11 классов точности конденсаторов.

11.

Основные параметры постоянных конденсаторов
3. Температурный коэффициент ёмкости (ТКЕ) конденсатора при изменении температуры на 1 °С:
характеризует изменение емкости
где С1, и С2, — емкости конденсатора при температурах Т1, и Т2. ТКЕ может быть
положительным и отрицательным.
4. Сопротивление изоляции конденсатора Rиз (МОм) зависит от качества диэлектрика и
определяется отношением напряжения постоянного тока, приложенного к конденсатору, к
току утечки и выражается в мегаомах и гигаомах. С увеличением влажности и температуры
окружающей среды сопротивление изоляции уменьшается, что может привести к пробою
изоляции.
Ток утечки (для электролитических конденсаторов). Утечка – это явление перетекания
заряда с одной обкладки на другое через не идеальный диэлектрик: если заряженный
конденсатор отключить от нагрузок, то через некоторое время он разрядится. Время
разряда зависит от качества диэлектрика: чем оно выше, тем дольше происходит
саморазряд.
5. Потери энергии в конденсаторе складываются из потерь энергии в диэлектрике и
обкладках. В процессе эксплуатации часть подводимой к конденсатору энергии
переменного тока расходуется на его нагрев, сопровождаемый рассеиванием тепла в
окружающую среду. Потери энергии приводят к нагреву диэлектрика, ухудшают его
качество и снижают электрическую прочность конденсатора, определяемую способностью
диэлектрика выдерживать электрическое поле без пробоя.

12.

Основные параметры постоянных конденсаторов
6. Собственная индуктивность конденсатора — это индуктивность,
создаваемая выводами и обкладками. Снижение собственной индуктивности
конденсатора обеспечивается укорачиванием выводов.
7. Электрическая прочность оценивается пробивным, испытательным и
номинальным (рабочим) напряжениями. Напряжение, при плавном подъеме
которого происходит пробой конденсатора, называется пробивным. В основном
электрическая прочность конденсатора зависит от качества и толщины
диэлектрика, а также от площади обкладок и условий теплоотдачи. Проверка
испытательным напряжением позволяет отбраковывать конденсаторы с низкой
электрической прочностью.
Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать в течение
гарантированного срока с сохранением основных параметров, называется
номинальным, или рабочим.
8. Добротность

13.

Типовые характеристики современных конденсаторов

14.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
В
основе
классификации
конденсатора
лежит
принцип
распределения их на группы по конструктивным и эксплуатационным
признакам (конденсаторы постоянной емкости, переменной емкости и
подстроечные), а также марка применяемого диэлектрика.
При этом вид и марка использованного диэлектрика определяют
основные электрические параметры конденсатора: номинальную емкость,
номинальное напряжение, сопротивление изоляции, стабильность работы
конденсатора; электрические потери, КПД и т.д.
14

15.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
Первый элемент обозначения конденсатора состоит из одной или двух заглавных букв
русского алфавита и определяет тип конденсатора:
К – конденсатор постоянной емкости;
КТ – конденсатор подстроечный;
КП – конденсатор переменной емкости.
Второй элемент обозначения состоит из одной или двух цифр, которые определяют вид
примененного диэлектрика и группу по рабочему напряжению (см. таблицу 1).
Третий элемент обозначения пишется через дефис и обозначает порядковый номер
разработки конденсатора данного типа, в состав которого может входить и буквенное
обозначение:
Ч – для работы в цепях переменного тока;
П – для работы в цепях постоянного и переменного тока;
И – для работы в импульсном режиме;
У – универсальные.
Отсутствие третьего элемента обозначения указывает на то, что конденсатор предназначен для
работы с постоянным или пульсирующим током.
15

16.

Таблица 1
Второй элемент обозначения состоит из
одной или двух цифр, которые определяют
вид примененного диэлектрика и группу по
рабочему напряжению (см таблицу 1)
16

17.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
Полное условное обозначение конденсатора включает в себя его
сокращенное обозначение, а также значения основных параметров и характеристики,
необходимые для заказа и записи в конструкторской документации.
Например, К75-10-250В-0,1 мкФ + 5% В ОЖО.484.865 ТУ обозначает
пленочный конденсатор К75-10 с номинальным напряжением 250 В,
номинальной емкостью 0,1 мкФ, допустимым отклонением по емкости +5 %
и группой по климатическому исполнению В;
ОЖО.484.865 ТУ — документ на поставку.
Для старых типов конденсаторов условные обозначения определяются в основном
конструктивными, технологическими признаками:
КС - слюдяные конденсаторы,
КСО - конденсаторы слюдяные опрессованные,
КМ - конденсаторы металлобумажные,
КД - конденсаторы дисковые,
КЭ - конденсаторы электролитические,
КТП - конденсаторы трубчатые проходные.
17

18.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
В зависимости от габаритных размеров конденсаторов применяют полное
или сокращенное (кодированное) обозначение номинальной емкости и их допускаемых
отклонений (см. таблицу 2).
Полное обозначение номинальной емкости конденсатора состоит из ее
цифрового значения и из обозначения единиц измерения: pF – пикофарады, nF –
нанофарады, μА – микрофарады. В этом случае полностью обозначается и
допускаемое отклонение от номинальной емкости,
например: 1000 pF ± 10 % или 1000 пФ ± 10 %.
Сокращенное обозначение номинальной емкости конденсатора состоит из
нескольких знаков, включающих цифру и букву. При этом буква имеет
дополнительную функцию, она заменяет запятую.
Например, конденсатор емкостью 2,2 μФ обозначается 2μ2,
конденсатор емкостью 1500 рF – 1n5 (или 1N5).
18

19.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
Таблица 2 - Маркировка допускаемых отклонений номинальной емкости
буквами русского и латинского алфавитов
Допускаемые
отклонения емкости,
%
± 0,1
± 0,25
± 0,5
± 1,0
± 2,0
± 5,0
± 10,0
± 20,0
± 30,0
+30,0… -10,0
+50,0… -10,0
+100,0… -10,0
+50,0… -20,0
+80,0… -20,0
Буквенный код
Русские
Латинские
Ж
У
Д
Р
Л
И
С
В
Ф
О
Э
Ю
Б
А
B
C
D
F
G
J
K
M
N
Q
T
Y
S
Z
19

20.

Напряжение (В)
1
1,6
3,2
4
6,3
10
16
20
25
32
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
450
500
Маркировка и обозначения
конденсаторов
Буквенный код
I
R
A
C
B
D
E
F
G
H
S
J
K
L
N
P
Q
Z
W
X
Y
U
V
Значение номинального напряжения
наносится на корпус конденсатора
полностью в буквенно-цифровом виде
(250 В или 250 V) или кодируется
буквами латинского алфавита.
На керамических конденсаторах
номинальное значение напряжения не
указывается.
20

21.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
Пример, расшифровать маркировку конденсатора
К22У-1-1н8С
К - конденсатор постоянной емкости,
К22 - стеклокерамический,
У - универсальный,
1 - первой модели,
1н8 - номинальная емкость 1,8 нФ,
С - допуск +/-10 %.
21

22.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
В состав маркировки может вводиться также группа по температурному коэффициенту
емкости (ТКЕ). Этот параметр характеризует изменение емкости конденсатора под
действием температуры и выражается в миллионных долях номинальной емкости на
градус (10^-6/°С). Если с повышением температуры емкость увеличивается, то ТКЕ
считается положительным, а если уменьшается — отрицательным.
Группа по ТКЕ маркируется двумя элементами 1) и/или 2):
1) буквой (буквами), указывающей знак ТКЕ :
М — отрицательный,
П — положительный,
МП — близкий к нулю
2) цифрами, указывающими значение ТКЕ:
измеряется на частотах 0,3...5 МГц.
Для конденсаторов, используемых в качестве элементов низкочастотных и
разделительных фильтров, ТКЕ не имеет существенного значения и не нормируется.
Для керамических конденсаторов такого назначения ТКЕ маркируется буквой «Н», а
цифры указывают, на сколько процентов может изменяться емкость во всем рабочем
интервале температур по сравнению с емкостью, измеренной при температуре 20°С.
22

23.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
Для маркировки малогабаритных керамических конденсаторов используется также цветная
кодировка. Кроме того, она применяется для маркировки конденсаторов, номинальное рабочее
напряжение которых не превышает 63 В. Маркировка наносится в виде цветных точек или
полос. Каждому цвету соответствует определенное цифровое значение. Маркировочные знаки
на конденсаторах сдвинуты к одному из выводов и располагаются слева направо. Ширина полос,
обозначающих величину ТКЕ, делается примерно в два раза больше других.
Конденсаторы с малой величиной допуска (0,1... 10%) маркируются шестью цветовыми
кольцами (см. таблицу 3)
Первые три кольца обозначают числовое значение емкости в пикофарадах,
четвертое кольцо — множитель,
пятое кольцо — допуск,
шестое кольцо — ТКЕ.
Конденсаторы с величиной допуска +/-20 % маркируются четырьмя цветовыми кольцами:
Первые два кольца — числовое значение емкости в пикофарадах (ноль в третьем разряде не
маркируется), третье кольцо — множитель,
четвертое кольцо — ТКЕ.
Величина допуска (пятое кольцо) не маркируется.
Для маркировки малогабаритных керамических конденсаторов применяется также цветная
кодировка значений ТКЕ. (см. таблицу 4)
23

24.

Таблица 3
24

25.

Таблица 4
25

26.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
Таблица 5 - Цветная маркировка конденсаторов отечественного производства
Цвет
маркировочного
пояса
Черный
Коричневый
Красный
Оранжевый
Желтый
Зеленый
Голубой
Фиолетовый
Серый
Белый
Серебряный
Золотой
Первая
цифра кода
(с, pF)
Множите
ль
Допускаемое
отклонение
Номинальное
напряжение
(U, В)
10
12
15
18
22
27
33
39
47
56
68
82
1
10
102
103
104
105
106
107
10-8
10-9
10-1
10-2
± 20 %
±1%
±2%
± 25 %
± 0,5 %
±5%
±2%
- 20 .. + 50 %
- 20.. + 80 %
± 10 %
-
4,0
6,3
10
16
10
25 (20)
32 (30)
50
63
2,5
1,6
Расшифровка
цветовых поясов
(или точек)
26

27.

Маркировка и обозначения
конденсаторов
Таблица 6 - Цветная маркировка конденсаторов зарубежного производства
Цвет маркировочного пояса
Черный
Коричневый
Красный
Оранжевый
Желтый
Зеленый
Голубой
Фиолетовый
Серый
Белый
Первая и
вторая
цифры (с,
pF)
Третья цифра,
множитель
Допускаемое
отклонение
Напряжение
(U, В)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
102
103
104
105
106
20
10
4
6
10
15
20
25
35
50
27

28.

28

29.

Маркировка SMD - конденсаторов
Размеры ЧИП конденсаторов невелики, поэтому маркировка их производится весьма
лаконично.
Рабочее напряжение нередко кодируется буквой (2-й и 3-й варианты на рисунке ниже).
Номинальная емкость может кодироваться либо с помощью трехзначного цифрового кода
(вариант 2 на рисунке), либо с использованием двухзначного буквенно-цифровой кода (вариант
1 на рисунке). При использовании буквенно-цифровой кода, на корпусе можно обнаружить две
(а не одну) букву с одной цифрой (вариант 3 на рисунке).
Первая буква может является как кодом изготовителя, так и указывать на номинальное
рабочее напряжение, вторая — закодированным значением емкости в пикоФарадах
(мантиссой). Цифра — показатель степени (указывает сколько нулей необходимо добавить к
мантиссе).
29

30.

Буква
Мантисса.
A
1,0
B
1,1
C
1,2
D
1,3
E
1,5
F
1,6
G
1,8
H
2,0
J
2,2
K
2,4
L
2,7
M
3,0
N
3,3
P
3,6
Q
3,9
R
4,3
S
4,7
T
5,1
U
5,6
V
6,2
W
6,8
X
7,5
Y
8,2
Z
9,1
a
2,5
b
3,5
d
4,0
e
4,5
f
5,0
m
6,0
n
7,0
t
8,0
Закодированное значение
емкости в пикоФарадах
(Мантисса)
Например ,
EA3 может означать, что номинальное
напряжение конденсатора 16 В (E),
емкость — 1,0 *1000 = 1 нФ;
BF5 : напряжение 6,3В (В),
емкость — 1,6* 100000 = 0,1 мкФ.
30

31.

31

32.

32

33.

33

34.

Неисправности конденсаторов и их проверка
В результате нарушения правил эксплуатации (превышения рабочих
напряжений, усиленные тряски, удары), правил хранения (повышенная
влажность, резкие колебания температуры) и небрежного выполнения
монтажных работ (повреждения при пайке и монтаже, неправильное
соединение конденсаторов в группы) могут возникать механические и
электрические неисправности.
К механическим неисправностям относятся:
- повреждения корпуса, покраски и опрессовки;
- повреждения, поломки, заедание и люфт движущего механизма,
токосъемников и подшипников;
- повреждения выводов, изоляторов и фиксаторов подстроечных
конденсаторов.
К электрическим неисправностям относятся:
- пробой конденсаторов;
- короткое замыкание пластин;
- изменение номинальной емкости сверх допуска из-за старения диэлектрика,
попадания на него влаги, перегрева, деформации;
- повышение тока утечки из-за ухудшения изоляции.
В воздушных конденсаторах полупеременной и переменной емкости может
быть пробой или замыкание в некоторых положениях ротора между
отдельными пластинами.
Полная или частичная потеря емкости электролитических конденсаторов
является результатом высыхания электролита.

35.

Неисправности конденсаторов и их проверка
Простейшим способом проверки исправности конденсаторов является
внешний осмотр, в ходе которого обнаруживаются механические повреждения.
При внешнем осмотре конденсаторов переменной и полупеременной емкости
одновременно проверяются плавность хода, отсутствие люфтов, заеданий,
надежность фиксации подвижных частей.
При осмотре всех конденсаторов
обращается внимание на наличие грязи, пыли, влаги, коррозии. Проверяется
соответствие характеристик, указанных на корпусе конденсаторов, данным
спецификации.
При положительных результатах внешнего осмотра проводят электрическую
проверку. Она включает: проверку на короткое замыкание, на пробой, проверку
целости выводов, проверку тока утечки (сопротивление изоляции), измерение
емкости.
Проверку на короткое замыкание производят омметром, включая его сначала
между выводами, а затем между каждым выводом и корпусом. При исправном
конденсаторе стрелка прибора не должна отклоняться. Проверяя конденсатор
переменной емкости, необходимо, подключив прибор, сделать полный поворот
ротора, следя при этом за стрелкой прибора.
Сопротивление изоляции измеряют ламповым омметром, имеющим большой
предел измерений, между выводами и каждым выводом и корпусом. Замер
следует делать спустя минуту после включения прибора при напряжении 100 В,
т.е. после того, как конденсатор полностью зарядится. Изоляция
электролитических конденсаторов проверяется путем измерения тока утечки.
Отсчет производят после окончания заряда. В ходе этой проверки необходимо
строго соблюдать полярность.
При невозможности измерения величины емкости проверяют целость
выводов.

36.

Применение конденсаторов
Конденсаторы (совместно с катушками индуктивности и/или резисторами)
используются для построения различных цепей с частотно-зависимыми
свойствами, в частности, фильтров, цепей обратной связи, колебательных
контуров и т. п.
Во вторичных источниках электропитания конденсаторы применяются для
сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения.
Конденсатор может использоваться как двухполюсник, обладающий
реактивным сопротивлением, для ограничения силы переменного тока в
электрической цепи.
Процесс заряда и разряда конденсатора через резистор или генератор тока
занимает определённое время, что позволяет использовать конденсатор во
времязадающих цепях, к которым не предъявляются высокие требования
временной и температурной стабильности (в схемах генераторов одиночных и
повторяющихся импульсов, реле времени и т. п.).
Конденсаторы способны накапливать большой заряд и создавать большую
напряжённость на обкладках, которая используется для различных целей,
например, для ускорения заряженных частиц или для создания
кратковременных мощных электрических разрядов.

37.

Конденсатор в цепи переменного напряжения
Фазовые соотношения в цепи, содержащей конденсатор
1
2
3