Характеристики конденсаторов

Характеристики конденсаторовКонденсаторы имеют большое количество спецификаций и характеристик. Взглянув на информацию, напечатанной на корпусе конденсатора, мы сможем сразу определить его характеристику. Но некоторые конденсаторы имеют на корпусе цвета или числовые коды, из-за чего сложно разобраться в их характеристиках. Каждый тип конденсатора имеет свой набор характеристик и систему идентификации. Характеристики некоторых конденсаторов легко понять, в отличие от других, где используются, вводящие в заблуждение, символы, буквы и цвета.

Чтобы было легко определить характеристики конденсатора, сначала определите тип этого конденсатора (керамический, пластиковый, пленочный или электролитический). Про типы конденсаторов мы уже говорили в прошлой статье. Хотя конденсаторы имеют одинаковое значение емкости, они могут иметь разное рабочее напряжение. Если вы используете конденсатор с низким рабочим напряжением вместо конденсатора с высоким рабочим напряжением, то повышенное напряжение может повредить конденсатор низкого напряжения, даже если оба конденсатора имеют одинаковую емкость.

Вы уже знаете, из прошлых статей, что у электролитического конденсатора есть полярности (поляризация), поэтому при подключении электролитического конденсатора в цепи, положительный вывод должен подключаться к положительному соединению, а отрицательный вывод конденсатора — к отрицательному, иначе конденсатор может повредиться. Поэтому, во избежание проблем,  лучше заменить поврежденный или старый конденсатор в цепи новым с такими же характеристиками. На рисунке ниже показаны характеристики конденсатора:

Характеристики конденсатора

Каждый конденсатор имеет свой набор характеристик. Все эти характеристики можно найти в технических паспортах, предоставляемых производителями конденсаторов. Теперь обсудим некоторые из них.

Номинальная емкость (C)

Одной из наиболее важных характеристик конденсатора является номинальная емкость (C) конденсатора. Это номинальное значение емкости обычно измеряется в пикофарадах (пФ), нанофарадах (нФ) или микрофарадах (мкФ), также это значение указывается цветами, цифрами или буквами на корпусе конденсатора. Это номинальное значение емкости, которое напечатано на стороне корпуса конденсатора, не обязательно должно равняться его фактическому значению.

Номинальное значение емкости может изменяться в зависимости от рабочих температур и частоты в цепи. Эти номинальные значения составляют всего один пикофарад (1 пФ) для керамических конденсаторов меньшего размера и один фарад (1 Ф) для электролитических конденсаторов. Все конденсаторы имеют допуски от -20% до + 80%.

Рабочее напряжение (WV)

Рабочее напряжение — еще одна важная характеристика конденсатора. Максимальное напряжение, которое подается на конденсатор без сбоев в течение его срока службы, называется рабочим напряжением (WV). Это рабочее напряжение выражается в единицах постоянного тока, оно напечатано на корпусе конденсатора.

Обычно рабочее напряжение, которое напечатано на корпусе конденсатора, относится к его постоянному напряжению, но не к его напряжению переменного тока, потому что напряжение переменного тока выражается в его среднеквадратичном значении, поэтому рабочее напряжение конденсатора должно быть больше 1,414 (Vm = Vrms x√2 ) раз от его фактического значения переменного тока для подачи переменного напряжения на конденсатор. Это указанное рабочее напряжение постоянного тока конденсатора (WV-DC) действительно только в определенном диапазоне температур, например от -300 ° C до + 700 ° C. Если вы подаете постоянное или переменное напряжение, превышающее рабочее напряжение конденсатора, конденсатор может выйти из строя.

Читать также:  Беспроводной приемник и передатчик с использованием радиочастотных модулей

Рабочие напряжения, которые обычно указываются на корпусе конденсатора, составляют 10 В, 16 В, 25 В, 35 В, 50 В, 63 В, 100 В, 160 В, 250 В, 400 В, а также 1000 В. Все конденсаторы будут иметь более длительный срок службы, если они будут работать в пределах своего номинального напряжения, а также в прохладной окружающей среде.

Допуск (±%)

Допуск — это допустимое относительное отклонение емкости от номинального значения, которое выражается в процентах. Как и для резисторов, допустимое значение для конденсатора также может быть положительным или отрицательным. Это значение допуска обычно измеряется либо в пикофарадах (+/- пФ) для конденсаторов малой емкости, которые меньше 100 пФ, либо в процентах (+/-%) для конденсаторов большей емкости, которые больше 100 пФ.

Значение допуска конденсатора измеряется при температуре + 20 ° C и действительно только на момент его поставки. Если конденсатор использовать после длительного периода хранения, то значение допуска увеличится, но в соответствии со стандартными спецификациями это значение не будет превышать двойное значение, измеренное на момент его поставки. Допуски при поставке для конденсаторов с обмоткой обычно составляют +/- (1%, 2,5%, 5%, 10%, 20%). В целом отклонение значений допуска для конденсаторов составляет 5% или 10%, а для пластиковых конденсаторов оно составляет всего +/- 1%.

Ток утечки (LC)

Все диэлектрические материалы, которые используются в конденсаторах для разделения металлических пластин конденсаторов, не являются идеальными изоляторами. Они пропускают через него небольшой ток, он называется ток утечки. Этот эффект возникает из-за сильного электрического поля, которое формируется частицами заряда на пластинах конденсатора при приложении к нему напряжения питания (В).

Ток утечки конденсатора — это небольшая величина постоянного тока измеряющаяся в наноамперах (нА). Это происходит из-за протекания электронов через диэлектрический материал или вокруг его краев, а также из-за его сверхбыстрой разрядки при отключении источника питания.

Ток утечки определяется как передача нежелательной энергии от одной цепи к другой. Еще одно определение: ток утечки — это ток, когда идеальный ток цепи равен нулю. Ток утечки конденсаторов является существенным фактором в цепях связи усилителей и в цепях питания.

Ток утечки очень низкий в конденсаторах пленочного или фольгового типа и очень высок (5-20 мкА на мкФ) в конденсаторах электролитического (танталового и алюминиевого) типа, где значения их емкости также высоки.

Рабочая температура

Значение емкости конденсатора изменяется в зависимости от изменений температуры окружающей среды. Поскольку изменение температуры приводит к изменению свойств диэлектрика. Рабочая температура — это температура конденсатора, который работает при номинальном напряжении. Общий диапазон рабочих температур для большинства конденсаторов составляет от -30 ° C до + 125 ° C. В конденсаторах пластикового типа, это значение температуры не более + 700С.

Читать также:  Электроника для детей — снижение напряжения питания

Значение емкости конденсатора может измениться, если воздух или температура окружающей среды слишком низкая или слишком высокая. Эти изменения температуры могут повлиять на фактическую работу схемы, а также повредить другие компоненты. Не так просто поддерживать стабильную температуру, чтобы избежать перегрева конденсаторов.

Жидкости внутри диэлектрика могут испарятся, особенно в электролитических конденсаторах (алюминиевых электролитических конденсаторах), если они будут работать при высоких температурах (более + 850 ° C), а также корпус конденсатора будет поврежден из-за тока утечки и внутреннего давления. А также электролитические конденсаторы нельзя использовать при низких температурах, например, ниже -100 ° C.

Температурный коэффициент

Температурный коэффициент (TC) конденсатора описывает максимальное изменение значения емкости в заданном диапазоне температур. Обычно значение емкости, которое напечатано на корпусе конденсатора, измеряется с эталонной температурой 250 ° C, а также TC конденсатора, который упоминается в техническом описании, необходимо учитывать для устройств, которые работают при температуре ниже или выше этой температуры. Температурный коэффициент выражается в частях на миллион на градус Цельсия (PPM/0C) или в процентах изменения в определенном диапазоне температур.

Некоторые конденсаторы являются линейными (конденсаторы класса 1), они очень устойчивы к температурам; такие конденсаторы имеют нулевой температурный коэффициент. Как правило, конденсаторы из слюды или полиэстера являются примерами конденсаторов класса 1. Спецификация TC для конденсаторов класса 1 всегда указывает изменение емкости в частях на миллион (PPM) на градус Цельсия.

Некоторые конденсаторы являются нелинейными (конденсаторы класса 2), температура этих конденсаторов нестабильна, как и у конденсаторов класса 1, и их значения емкости будут увеличиваться при увеличении значений температуры. Следовательно, конденсаторы дают положительный температурный коэффициент. Основное преимущество конденсаторов класса 2 — их объемный КПД. Эти конденсаторы в основном используются в устройствах, где требуются высокие значения емкости, в то время как стабильность и коэффициент качества в зависимости от температуры не являются основными факторами, которые следует учитывать. Температурный коэффициент (TC) конденсаторов класса 2 выражается непосредственно в процентах. Одним из полезных применений температурного коэффициента конденсаторов является их использование для компенсации влияния температуры на другие компоненты в цепи, такие как резисторы или катушки индуктивности и т.д.

Поляризация

Как правило, поляризация конденсаторов относится к конденсаторам электролитического типа, таким как конденсаторы алюминиевого и танталового типа. Большинство электролитических конденсаторов поляризованы.

Оксидный слой внутри конденсатора может нарушиться из-за неправильной поляризации (полярности), что приведет к протеканию через устройство высоких токов. Как уже упоминалось ранее, это может привести к повреждению конденсатора. Чтобы предотвратить неправильную поляризацию, на большинстве электролитических конденсаторов есть стрелки или черные полосы на одной стороне корпуса для обозначения их отрицательных (-ve) выводов, как показано на рисунке ниже.

Читать также:  Суммирующий усилитель

Поляризованные конденсаторы имеют большие токи утечки, если их напряжение питания инвертировано. Ток утечки в поляризованных конденсаторах искажает сигнал, перегревает конденсатор и, наконец, разрушает. Основная причина использования поляризованных конденсаторов — их меньшая стоимость, по сравнению с неполяризованными конденсаторами того же номинального напряжения и одинаковых значений емкости. В основном поляризованные конденсаторы доступны в единицах микрофарад, таких как 1 мкФ, 10 мкФ и т.д.

Поляризация конденсатора

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR)

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатора определяется как импеданс конденсатора по переменному току, когда он используется на очень высоких частотах, а также с учетом диэлектрического сопротивления. Как сопротивление диэлектрика постоянному току, так и сопротивление пластины конденсатора измеряются при определенных температурах и частоте.

ESR действует как резистор, включенный последовательно с конденсатором. ESR конденсатора — это оценка его качества. Вы наверное знаете, что теоретически идеальный конденсатор не имеет потерь, и имеет нулевое значение ESR. Часто, это сопротивление (ESR) вызывает сбои в конденсаторных цепях.

Влияние эквивалентного последовательного сопротивления

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) выходного конденсатора в цепи влияет на производительность устройства. Также ESR может снизить напряжение питания конденсатора. ESR прямо противоположно сопротивлению изоляции конденсатора, которое в некоторых типах конденсаторов представлено как чистое сопротивление, подключенное параллельно конденсатору. Идеальна у конденсатора только емкость, а значение ESR очень мало (менее 0,1 Ом).

Если толщина диэлектрика увеличивается, то и ESR увеличивается. Если площадь поверхности пластины увеличивается, то значение ESR снижается. Чтобы вычислить ESR конденсатора, нам потребуется нечто иное, чем стандартный измеритель конденсаторов, такой как измеритель ESR.

В неэлектролитическом конденсаторе или конденсаторе с твердым электролитом, металлическое сопротивление выводов, электродов и потери в диэлектрике являются причиной ESR. Обычно, значения ESR для керамических конденсаторов находятся в диапазоне от 0,01 до 0,1 Ом. Алюминиевые и танталовые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом имеют очень высокие значения ESR, например несколько Ом. Основная проблема с алюминиевыми электролитическими конденсаторами заключается в том, что компоненты схемы будут повреждены, если значения ESR конденсаторов, которые используются в этой цепи, увеличиваются с течением времени в процессе эксплуатации.

Обычно значения ESR для полимерных конденсаторов меньше, чем у электролитических конденсаторов того же номинала. Таким образом, полимерные конденсаторы могут выдерживать более высокие токи пульсации. Конденсатор можно использовать в качестве фильтра, который имеет очень низкие значения ESR. Конденсаторы обладают способностью накапливать электрический заряд, даже если через них не течет зарядный ток. Конденсаторы, используемые в телевизорах, фотовспышках и конденсаторных батареях, обычно представляют собой конденсаторы электролитического типа. Согласно правилу безопасности, нельзя прикасаться к выводам конденсаторов большой емкости после отключения источника питания.

С Уважением, МониторБанк

Добавить комментарий