Блог

В предыдущей статье мы рассказали о том, что такое конденсатор, а сейчас расскажем о различных типах конденсаторов. Ключевым фактором при различении разных типов конденсаторов является диэлектрик, используемый в их конструкции. Самые распространенные типы конденсаторов: керамические, электролитические (в том числе алюминиевые, танталовые и ниобиевые конденсаторы), пленочные, бумажные и слюдяные.

У каждого типа конденсатора есть свои достоинства и недостатки. Характеристики и области применения конденсаторов могут отличаться. Следовательно, при выборе конденсатора необходимо учитывать следующие важные факторы.

• Размер: важны как физический размер, так и размер (значение) емкости.
• Рабочее напряжение: это важная характеристика конденсатора. Оно определяет максимальное напряжение, которое может быть приложено к конденсатору.
• Ток утечки: через диэлектрик будет протекать небольшой ток, поскольку они не являются идеальными изоляторами. Это называется током утечки.
• Эквивалентное последовательное сопротивление: выводы конденсатора имеют небольшое сопротивление (обычно менее 0,1 Ом). Это сопротивление становится проблемой, когда конденсатор используется на высоких частотах.

Эти факторы определяют, как и в каких схемах можно использовать конкретный тип конденсатора. Например, номинальное напряжение электролитического конденсатора больше по сравнению с керамическим конденсатором в аналогичном диапазоне емкости. Поэтому они обычно используются в цепях питания. Точно так же некоторые конденсаторы имеют очень низкий ток утечки, а другие — очень высокий ток утечки. В зависимости от области применения следует выбирать соответствующий конденсатор.

Диэлектрики в конденсаторах

Конденсаторы постоянной емкости — более распространенные типы конденсаторов. Электронную схему без конденсатора найти сложно. Большинство конденсаторов названы в честь диэлектрика, используемого в конструкции. Вот распространенные диэлектрики, использующиеся в конструкции конденсаторов:

• Керамические
• Бумажные
• Пленочные
• Слюдяные
• Стеклянные
• Алюмооксидные
• Танталовые
• Ниобиевые

Последние три используются в электролитических конденсаторах. Несмотря на использование различных видов диэлектриков в конструкции конденсаторов, функциональные возможности конденсатора не меняются: хранение энергии в виде электрического заряда между параллельными пластинами.

Конденсаторы переменной емкости

Как и резисторы, конденсаторы бывают постоянного и переменного типа. Переменные конденсаторы — это конденсаторы, емкость которых можно изменять механически или электронно. Такие конденсаторы обычно используются в резонансных цепях (LC-цепях) для радио и согласования импеданса в антеннах. Эти конденсаторы обычно называют настроечными.

Существует еще один тип переменных конденсаторов, называемый подстроечным конденсатором. Они закреплены на печатных платах и ​​используются для калибровки оборудования. Это неполяризованные конденсаторы очень маленького размера. Как правило, они недоступны для использования постоянным покупателем. Емкость переменных конденсаторов очень мала, обычно порядка нескольких пикофарад (обычно менее 500 пФ).

Механические переменные конденсаторы состоят из набора полукруглых металлических пластин, закрепленных на оси ротора. Ротор размещается между металлическими пластинами статора. Общее значение емкости (C) для этого типа конденсаторов определяется в соответствии с положением подвижных металлических пластин по отношению к неподвижным металлическим пластинам. Когда ось поворачивается, область перекрытия между пластинами статора и пластинами ротора будет изменяться, и емкость соответственно тоже.

Когда два набора металлических пластин полностью соединены вместе, значение емкости обычно находится на максимальном значении. Подстроечные конденсаторы высокого напряжения имеют большие воздушные зазоры или промежутки между пластинами с относительно большими пробивными напряжениями порядка киловольт.

В механических переменных конденсаторах в качестве диэлектрика обычно используется воздух или фольгированный пластик. На сегодняшний день, использование вакуумных переменных конденсаторов увеличивается, поскольку они обеспечивают лучший диапазон рабочего напряжения и более высокую способность выдерживать ток. Емкость конденсаторов с механической настройкой можно изменять с помощью винта в верхней части конденсатора.

В случае конденсаторов переменной емкости с электронным управлением используется диод с обратным смещением, в котором толщина обедненного слоя будет изменяться в зависимости от приложенного постоянного напряжения. Такие диоды называются диодами переменной емкости или просто варикапами или варакторами.

Керамические конденсаторы

Керамические конденсаторы — наиболее часто используемые конденсаторы в электронной промышленности. Они также являются наиболее производимыми конденсаторами: ежегодно производится более 1000 миллиардов единиц. Название происходит от керамического материала, который является диэлектриком, используемым в его конструкции.

Керамические конденсаторы представляют собой конденсаторы с постоянной емкостью и обычно очень малы (как по физическим размерам, так и по емкости). Емкость керамических конденсаторов обычно находится в диапазоне от пикофарад до нескольких микрофарад (менее 10 мкФ). Это конденсаторы неполяризованного типа, поэтому их можно использовать как в цепях постоянного, так и переменного тока.

Конструкция конденсаторов такого типа очень проста. Небольшой керамический диск с обеих сторон покрыт серебром. Поэтому их также называют дисковыми конденсаторами. Керамика действует как диэлектрик (изолятор), а серебряное покрытие образует электроды.

Толщина и состав керамического слоя будут определять электрические свойства конденсатора. Чтобы достичь больших значений емкости, несколько слоев такого диска наложены друг на друга, образуя многослойный керамический чип-конденсатор (MLCC). Современная электроника обычно состоит из таких конденсаторов MLCC.

Емкость керамических конденсаторов велика по сравнению с их размером. Керамические конденсаторы делятся на два класса в зависимости от области применения.

Керамические конденсаторы класса 1

Такие конденсаторы часто используются в резонансных цепях из-за их высокой стабильности и малых потерь. Наиболее распространенный тип керамики, используемый в конденсаторах класса 1, изготавливается из диоксида титана (TiO 2) с небольшим добавлением цинка и магния, используемых в качестве дополнительных соединений. Они добавляются для достижения максимально возможных линейных характеристик.

Конденсаторы класса 1 имеют низкую диэлектрическую проницаемость и, следовательно, относительно невысокий объемный КПД. Следовательно, диапазон емкости конденсаторов класса 1 невелик. Электрические потери конденсаторов класса 1 очень низкие, а коэффициент рассеяния составляет 0,15 процента. Значение емкости не зависит от приложенного напряжения.

У таких конденсаторов есть температурный коэффициент лайнера. Все эти характеристики керамических конденсаторов класса 1 делают их полезными в таких схемах, как фильтры с высокой добротностью и схемы генераторов, такие как системы ФАПЧ. Керамические конденсаторы класса 1 не боятся старения.

Керамические конденсаторы класса 2

Такие конденсаторы часто используются в буферах, схемах связи и байпасных системах из-за их высокой эффективности с точки зрения объема. Такой высокий объемный КПД обусловлен их высокой диэлектрической проницаемостью. Емкость конденсаторов класса 2 зависит от приложенного напряжения и имеет нелинейное изменение при разных диапазонах температур.

Точность и стабильность ниже по сравнению с керамическими конденсаторами класса 1. Керамический диэлектрик для класса 2 конденсаторов выполнен из ферро электрических материалов , таких как титанат бария (BaTiO- 3-), силикаты алюминия или магния и оксида алюминия.

Из-за высокой диэлектрической проницаемости конденсаторов класса 2 возможны высокие значения емкости при меньшем размере, чем у конденсаторов класса 1 с таким же номинальным напряжением. Следовательно, они используются в буферах, фильтрах и схемах связи, где требуется конденсатор для поддержания минимальной емкости. Конденсаторы класса 2 могут со временем стареть.

Также доступен другой класс керамических конденсаторов, называемый классом 3, с более высокой диэлектрической проницаемостью и лучшим объемным КПД. Но электрические характеристики этого класса хуже, а также низкая точность и стабильность.

Как правило, керамические конденсаторы имеют меньшее ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) и ток утечки по сравнению с электролитическими конденсаторами. Рабочее напряжение керамических конденсаторов 1-го класса до 1000 В, керамических конденсаторов 2-го класса — до 2000 В.

Основное преимущество керамических конденсаторов заключается в том, что внутри их конструкции отсутствуют катушки, а значит, во время работы схемы отсутствует фактор индуктивности. Следовательно, керамические конденсаторы подходят для высокочастотных устройств.

Керамические конденсаторы доступны в обычных двухвыводных конструкциях со сквозными отверстиями, в многослойном режиме поверхностного монтажа (SMT) и специальных бессвинцовых дисковых конденсаторах, которые разработаны специально для печатных плат. Часто используются как сквозные, так и поверхностные керамические конденсаторы. Керамические конденсаторы обычно имеют 3-значное число, закодированное на их корпусе, чтобы идентифицировать значение емкости, как правило, в пикофарадах (пФ).

При этом первые две цифры используются для обозначения емкости, а третья цифра указывает количество добавляемых нулей. Например, керамический конденсатор с маркировкой 153 будет показывать 15 и 3 нуля в пикофарадах, что эквивалентно 15 000 пФ или 15 нФ.

Пленочный конденсатор

Пленочные конденсаторы являются наиболее часто используемым типом конденсаторов среди всех других типов, которые имеют разницу в своих диэлектрических свойствах. Пленочные конденсаторы — это конденсаторы с изолирующей пластиковой пленкой в ​​качестве диэлектрика, и это неполяризованные конденсаторы.

Диэлектрические материалы для этих конденсаторов сделаны в виде тонкого слоя, снабженного металлическими электродами и намотанного на цилиндрическую обмотку. Оба электрода пленочных конденсаторов могут быть из цинка или металлизированного алюминия.

Основным преимуществом пленочного конденсатора является прямое соединение его внутренней конструкции с электродами на обоих концах обмотки. Этот прямой контакт с электродами приводит к сокращению длины всех путей прохождения тока. Такая конструкция ведет себя как большое количество отдельных конденсаторов, соединенных параллельно. Кроме того, конструкция конденсаторов такого типа обеспечивает низкие омические потери и низкие паразитные индуктивности. Эти пленочные конденсаторы используются в устройствах питания переменного тока, а также в высокочастотных устройствах.

Некоторыми примерами пленок, которые используются в качестве диэлектрика для пленочных конденсаторов, являются полипропилен, полиэтиленнафталат, полиэфир, полифениленсульфид и политетрафторэтилен. В продаже представлены конденсаторы пленочного типа с диапазоном значений емкости от 5 пФ до 100 мкФ. Пленочные конденсаторы также доступны в различных формах, включая:

• Тип Wrap & Fill (овальный и круглый): в этом типе, концы конденсатора запаяны эпоксидной смолой, а конденсатор обернут плотной пластиковой лентой.
• Эпоксидный корпус (прямоугольный и круглый): конденсаторы этого типа заключены в формованный пластиковый корпус, заполненный эпоксидной смолой.
• Металлический корпус (прямоугольные и круглые): конденсаторы этих типов заключены в металлическую трубку или металлическую банку и запечатаны эпоксидной смолой.

В настоящее время конденсаторы с вышеуказанным корпусом доступны как с радиальными, так и с осевыми выводами. Основное преимущество пленочных конденсаторов заключается в том, что они хорошо работают при высоких температурах по сравнению с бумажными.

Эти конденсаторы обладают малым допуском, высокой надежностью, а также очень длительным сроком службы. Примерами конденсаторов пленочного типа являются: цилиндрический пленочный конденсатор с осевым выводом, прямоугольный пленочный конденсатор и пленочные фольгированные конденсаторы. Они приведены ниже:

• Тип осевого вывода:

• Тип радиального вывода:

Эти пленочные конденсаторы требуют гораздо более толстого диэлектрического материала, чтобы избежать пробоя и разрывов диэлектрической пленки. Следовательно, они подходят для схем, требующих малых значений емкости.

Пленочные силовые конденсаторы

Конструкционные технологии и материалы, которые используются для больших силовых пленочных конденсаторов, обычно аналогичны таковым для обычных пленочных конденсаторов. Однако эти конденсаторы с высокой номинальной мощностью используются в энергосистемах и электрических установках.

Силовые пленочные конденсаторы используются во множестве устройств. Эти конденсаторы служат демпфирующими конденсаторами при последовательном подключении к ним резистора. Они также используются в схемах фильтров с близкой настройкой или с малой настройкой для фильтрации гармоник, а также в качестве конденсаторов импульсного разряда.

Конденсатор полипропиленовый

Полипропиленовый конденсатор — один из множества разновидностей конденсаторов пленочного типа. Полипропиленовые конденсаторы — это конденсаторы, которые имеют полипропиленовую пленку в качестве диэлектрика. Полипропиленовые конденсаторы доступны в диапазоне емкостей от 100 пФ до 10 мкФ.

Основная особенность полипропиленового конденсатора — высокое рабочее напряжение до 3000 В. Эта особенность делает полипропиленовые (pp) конденсаторы полезными в цепях, в которых рабочее напряжение обычно очень высокое, таких как усилители мощности, особенно клапанные усилители, цепи питания и телевизионные схемы.

Полипропиленовые конденсаторы также используются в устройствах связи и накопления из-за их высоких значений сопротивления изоляции. А также они имеют стабильные значения емкости для частот ниже 100 кГц. Эти полипропиленовые конденсаторы используются в устройствах, где необходимо выполнять задачи по подавлению шума, связи, фильтрации по времени, блокировке, обходу и обработке импульсов.

Конденсатор из поликарбоната

Конденсаторы из поликарбоната — это конденсаторы, в качестве диэлектрика которых используется поликарбонат. Эти типы конденсаторов доступны в диапазоне емкости от 100 пФ до 10 мкФ и имеют рабочее напряжение до 400 В постоянного тока. Эти поликарбонатные конденсаторы могут работать в диапазоне температур от -55 ° C до + 125 ° C без снижения номинальных значений.

Данные конденсаторы не используются в высокоточных устройствах из-за их высоких уровней допуска от 5% до 10%. Конденсаторы из поликарбоната также используются для переменного тока. Иногда они также встречаются в импульсных блоках питания.

Слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками

Слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками — это конденсаторы, которые изготавливаются путем нанесения тонкого слоя серебра на слюдяной материал в качестве диэлектрика. Причина использования таких слюдяных конденсаторов заключается в их высоких характеристиках по сравнению с любыми другими типами конденсаторов.

Слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками могут быть изготовлены с допуском +/- 1%. Это намного лучше, чем любой другой тип конденсатора, доступный в продаже на сегодняшний день. Температурный коэффициент этих конденсаторов намного лучше, чем у конденсаторов других типов.

И это значение положительное, и обычно оно находится в диапазоне от 35 до 75 ppm/C, при среднем значении +50 ppm/C. Значения емкости для слюдяных конденсаторов обычно находятся в диапазоне от нескольких пикофарад до 3300 пикофарад. Слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками имеют очень высокий уровень добротности и небольшой коэффициент мощности. Эти конденсаторы имеют диапазон напряжений от 100 В до 1000 В.

Слюдяные конденсаторы с серебряными обкладками используются в ВЧ-генераторах. Они не используются в устройствах связи из-за их высокой стоимости. Из-за их размера и стоимости, они в настоящее время мало используются.

Электролитические конденсаторы

Электролитические конденсаторы обычно используются там, где требуются очень большие значения емкости. Электролитические конденсаторы имеют металлический анод, покрытый окисленным слоем, обычно используемым в качестве его диэлектрика. Другой электрод конденсатора — это нетвердый или твердый электролит.

Большинство электролитических конденсаторов поляризованы. Эти конденсаторы классифицируются в соответствии с их диэлектрическим материалом. В основном они делятся на три класса:

• Алюминиевые электролитические конденсаторы — алюминий выступает в качестве диэлектрика.
• Танталовые электролитические конденсаторы — оксид тантала действует как его диэлектрик.
• Электролитические конденсаторы ниобия — оксид ниобия действует как его диэлектрик.

Обычно диэлектрическая проницаемость оксида тантала почти в три раза больше диэлектрической проницаемости диоксида алюминия, но эта диэлектрическая проницаемость определяет только размеры. Обычно используются три типа электролитов:

• Не твердые (жидкие): эти конденсаторы имеют проводимость около 10 мс/см, и стоят сущие копейки.
• Твердый оксид марганца: эти конденсаторы имеют проводимость около 100 мс/см, а также обладают высоким качеством и стабильностью.
• Твердый проводящий полимер: конденсаторы этого типа имеют проводимость примерно 10000 мс/см, а также значение ESR <10 мОм.

Электролитические конденсаторы обычно используются в цепях постоянного питания. Они также используются в устройствах связи для уменьшения пульсаций напряжения из-за их больших значений емкости и небольшого размера. Одним из основных недостатков электролитических конденсаторов является их низкое напряжение.

Схема электролитического конденсатора

Алюминиевые электролитические конденсаторы

Алюминиевые конденсаторы — это конденсаторы, которые сделаны из оксидной пленки на алюминиевой фольге с полосой абсорбирующей бумаги между ними, которая пропитана раствором электролита, и вся эта конструкция закупорена в банке. В основном существует два типа алюминиевых электролитических конденсаторов: с простой фольгой и с вытравленной фольгой.

Электролитические конденсаторы с простой фольгой в основном используются в качестве сглаживающих конденсаторов в цепях питания, в то время как конденсаторы с протравленной фольгой используются в соединительных цепях блокировки по постоянному току и шунтирующих цепях.

Электролитические алюминиевые конденсаторы покрывают диапазон емкости от 1 мкФ до 47000 мкФ с большим допуском в 20%. Диапазон рабочего напряжения составляет до 500 В.

Значение емкости и номинальное напряжение либо напечатаны в мкФ, либо закодированы буквой, за которой следуют три цифры. Эти три цифры представляют собой значение емкости в пФ.

Танталовые конденсаторы — это конденсаторы, которые сделаны из оксида тантала в качестве диэлектрического материала. Танталовые электролитические конденсаторы также являются поляризованными конденсаторами, как и алюминиевые конденсаторы.

Второй вывод танталовых электролитических конденсаторов меньше, чем вывод эквивалентных алюминиевых конденсаторов, и этот вывод сделан из диоксида марганца.

Основное преимущество танталовых электролитических конденсаторов перед алюминиевыми конденсаторами заключается в том, что они более стабильны, легче и меньше. Они имеют диапазон значений емкости от 47 нФ до 470 мкФ и максимальное рабочее напряжение до 50 В. Они дороже алюминиевых электролитов.

Свойства диэлектрика из оксида тантала — низкий ток утечки и лучшая стабильность емкости. Эти свойства диэлектрика из оксида тантала заставляют использовать их в устройствах блокировки, обхода, фильтрации и синхронизации. А также эти свойства намного лучше, чем у диэлектрика из оксида алюминия.

Суперконденсаторы

Суперконденсатор также известен как ультраконденсатор или конденсатор с двойным электрическим слоем. Эти конденсаторы изготовлены с тонким разделителем электролита, который окружен ионами активированного угля. Он отличается от обычного конденсатора тем, что емкость суперконденсатора очень высока и составляет порядка миллифарад при диапазонах напряжения от 2,3 В до 2,75 В.

Суперконденсаторы делятся на три типа в зависимости от конструкции электродов, к которым они относятся.

• Двухслойные конденсаторы: у этих конденсаторов есть угольные электроды или их производные.
• Псевдоконденсаторы: эти конденсаторы имеют электроды из оксида металла или проводящего полимера.
• Гибридные конденсаторы: эти конденсаторы имеют асимметричные электроды.

Суперконденсаторы в основном используются в устройствах, где требуется очень большое количество циклов заряда/разряда, где требуется длительный срок службы, и где требуется большое количество энергии за короткое время. Эти суперконденсаторы обычно используются как временный источник питания, вместо аккумулятора.

С Уважением, МониторБанк