Что такое конденсатор. Из чего делают конденсаторы

Конденсатор представляет собой устройство, способное накапливать электрические заряды. Простейшим конденсатором являются две металлические пластины (электроды), разделенные каким-либо диэлектриком. Конденсатор 2 можно зарядить, если соединить его электроды с источником 1 электрической энергии постоянного тока (рис. 181, а).

При заряде конденсатора свободные электроны, имеющиеся на одном из его электродов, устремляются к положительному полюсу источника, вследствие чего этот электрод становится положительно заряженным. Электроны с отрицательного полюса источника устремляются ко второму электроду и создают на нем избыток электронов, поэтому он становится отрицательно заряженным. В результате протекания зарядного тока i3 на обоих электродах конденсатора образуются равные, но противоположные по знаку заряды и между ними возникает электрическое поле, создающее между электродами конденсатора определенную разность потенциалов. Когда эта разность потенциалов станет равной напряжению источника тока, движение электронов в цепи конденсатора, т. е. прохождение по ней тока i3 прекращается. Этот момент соответствует окончанию процесса заряда конденсатора.

При отключении от источника (рис. 181,б) конденсатор способен длительное время сохранять накопленные электрические заряды. Заряженный конденсатор является источником электрической энергии, имеющим некоторую э. д. с. ес. Если соединить электроды заряженного конденсатора каким-либо проводником (рис. 181, в), то конденсатор начнет разряжаться. При этом по цепи пойдет ток iр разряда конденсатора. Начнет уменьшаться и разность потенциалов между электродами, т. е. конденсатор будет отдавать накопленную электрическую энергию во внешнюю цепь. В тот момент, когда количество свободных электронов на каждом электроде конденсатора станет одинаковым, электрическое поле между электродами исчезнет и ток станет равным нулю. Это означает, что произошел полный разряд конденсатора, т. е. он отдал накопленную им электрическую энергию.

Емкость конденсатора. Свойство конденсатора накапливать и удерживать электрические заряды характеризуется его емкостью. Чем больше емкость конденсатора, тем больше накопленный им заряд, так же как с увеличением вместимости сосуда или газового баллона увеличивается объем жидкости или газа в нем.

Емкость С конденсатора определяется как отношение заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его электродами (приложенному напряжению)U:

C = q / U (69)

Емкость конденсатора измеряется в фарадах (Ф). Емкостью в 1 Ф обладает конденсатор, у которого при сообщении заряда

в 1 Кл разность потенциалов возрастает на 1 В. В практике преимущественно пользуются более мелкими единицами: микрофарадой (1 мкФ=10 -6 Ф), пикофарадой (1 пФ = 10 -12 мкФ).

Емкость конденсатора зависит от формы и размеров его электродов, их взаимного расположения и свойств диэлектрика, разделяющего электроды. Различают плоские конденсаторы, электродами которых служат плоские параллельные пластины (рис. 182, а), и цилиндрические (рис. 182,б).

Свойствами конденсатора обладают не только специально изготовленные на заводе устройства, но и любые два проводника, разделенные диэлектриком. Емкость их оказывает существенное влияние на работу электротехнических установок при переменном токе. Например, конденсаторами с определенной емкостью являются два электрических провода, провод и земля (рис. 183, а), жилы электрического кабеля, жилы и металлическая оболочка кабеля (рис. 183,6).

Устройство конденсаторов и их применение в технике. В зависимости от применяемого диэлектрика конденсаторы бывают бумажными, слюдяными, воздушными (рис. 184). Используя в качестве диэлектрика вместо воздуха слюду, бумагу, керамику и другие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью, удается при тех же размерах конденсатора увеличить в несколько раз его емкость. Для того чтобы увеличить площади электродов конденсатора, его делают обычно многослойным.

В электротехнических установках переменного тока обычно применяют силовые конденсаторы. В них электродами служат длинные полосы из алюминиевой, свинцовой или медной фольги, разделенные несколькими слоями специальной (конденсаторной) бумаги, пропитанной нефтяными маслами или синтетическими пропитывающими жидкостями. Ленты фольги 2 и бумаги 1 сматывают в рулоны (рис. 185), сушат, пропитывают парафином и помещают в виде одной или нескольких секций в металлический или картонный корпус. Необходимое рабочее напряжение конденсатора обеспечивается последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединениями отдельных секций.

Всякий конденсатор характеризуется не только значением емкости, но и значением напряжения, которое выдерживает его диэлектрик. При слишком больших напряжениях электроны диэлектрика отрываются от атомов, диэлектрик начинает проводить ток и металлические электроды конденсатора замыкаются накоротко (конденсатор пробивается). Напряжение, при котором это происходит, называют пробивным. Напряжение, при котором конденсатор может надежно работать неограниченно долгое время, называют рабочим. Оно в несколько раз меньше пробивного.

ния симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др.

В цепях постоянного тока часто устанавливают электролитические конденсаторы. Их изготовляют из двух скатанных в рулон тонких алюминиевых лент 3 и 5 (рис. 185,б), между которыми проложена бумага 4, пропитанная специальным электролитом (раствор борной кислоты с аммиаком в глицерине). Алюминиевую ленту 3 покрывают тонкой пленкой окиси алюминия; эта пленка образует диэлектрик, обладающий высокой диэлектрической проницаемостью. Электродами конденсатора служат лента 3, покрытая окисной пленкой, и электролит; вторая лента 5 предназначена лишь для создания электрического контакта с электролитом. Конденсатор помещают в цилиндрический алюминиевый корпус.

При включении электролитического конденсатора в цепь постоянного тока необходимо строго соблюдать полярность его полюсов; электрод, покрытый окисной пленкой, должен быть соединен с положительным полюсом источника тока. При неправильном включении диэлектрик пробивается. По этой причине электролитические конденсаторы нельзя включать в цепи переменного тока. Их нельзя также использовать в устройствах, работающих при высоких напряжениях, так как окисная пленка имеет сравнительно небольшую электрическую прочность.

В радиотехнических устройствах применяют также конденсаторы переменной емкости (рис. 186). Такой конденсатор состоит из двух групп пластин: неподвижных 2 и подвижных 3, разделенных воздушными промежутками. Подвижные пластины могут перемещаться относительно неподвижных; при повороте оси 1 конденсатора изменяется площадь взаимного перекрытия пластин, а следовательно, и емкость конденсатора.

Способы соединения конденсаторов . Конденсаторы можно соединять последовательно и параллельно. При последовательном

соединении нескольких (например, трех), конденсаторов (рис. 187, а) эквивалентная емкость

1 /C эк = 1 /C 1 + 1 /C 2 + 1 /C 3

эквивалентное емкостное сопротивление

X C эк = X C 1 + X C 2 + X C 3

результирующее емкостное сопротивление

C эк = C 1 + C 2 + C 3

При параллельном соединении конденсаторов (рис. 187,б) их результирующая емкость

1 /X C эк = 1 /X C 1 + 1 /X C 2 + 1 /X C 3

Включение и отключение цепей постоянного тока с конденсатором. При подключении цепи R-C к источнику постоянного тока и при разряде конденсатора на резистор также возникает переходный процесс с апериодическим изменением тока i и напряжения u c При подключении к источнику постоянного тока цепи R-C выключателем В1 (рис. 188,а) происходит заряд конденсатора. В начальный момент зарядный ток I нач =U /R. Но по мере накопления зарядов на электродах конденсатора напряжение его и с будет возрастать, а ток уменьшаться (рис. 188,б). Если сопротивление R мало, то в начальный момент подключения конденсатора возникает большой екачок тока, значительно превышающий номинальный ток данной цепи. При разряде конденсатора на резистор R (размыкается выключатель В1 на рис. 189, а) напряжение на конденсаторе u с и ток i постепенно уменьшаются до нуля (рис. 189,б).

Скорость изменения тока i и напряжения ис при переходном процессе отделяется постоянной времени

Чем больше R и С, тем медленнее происходит заряд конденсатора.

Процессы заряда и разряда конденсатора широко используют в электронике и автоматике. С помощью их получают периодаческие несинусоидальные колебания, называемые релаксационными , и, в частности, пилообразное напряжение, необходимое для работы систем управления тиристорами, осциллографов и других устройств. Для получения пилообразного напряжения (рис. 190) периодически подключают конденсатор к источнику питания, а затем к разрядному резистору. Периоды Т 1 и T 2 , соответствующие заряду и разряду конденсатора, определяются постоянными времени цепей заряда Т 3 и разряда Т р, т. е. сопротивлениями резисторов, включенных в эти цепи.

К атегория:

Производство радиоаппаратуры

Конденсаторы постоянной емкости

Конденсаторы постоянной емкости применяют в различных схемах для разделения переменной и постоянной составляющих тока и сглаживания пульсации напряжений выпрямителя. В сочетании с другими элементами схем конденсаторы образуют резонансные контуры, широко используемые в радиоаппаратуре.

Конденсаторы постоянной емкости классифицируют по величине номинальной емкости, классу точности, номинальному рабочему напряжению, назначению, материалу диэлектрика и по конструктивным признакам.

Номинальные величины емкостей конденсаторов установлены ГОСТ 2519 - 60.

При изготовлении конденсаторов действительное значение емкости отличается от номинального, обозначенного в маркировке. Допустимое отклонение емкости от номинального называется допуском. По этому принципу все конденсаторы разделяют на пять классов: 0, 1, II, III , IV, допуски их соответственно составляют ±2%; ±5%; ±10%; ±20% и от - 20 до + 50%.

В зависимости от назначения различают контурные, разделительные, блокировочные и фильтровые конденсаторы.

По материалу диэлектрика конденсаторы делят на слюдяные, керамические, бумажные, металлобумажные, бумаго-масляные, пленочные, стеклоэмалевые, стеклокерамические, электролитические, воздушные, вакуумные, газонаполненные.

По конструктивному признаку конденсаторы подразделяют на трубчатые, дисковые, бочоночные, горшковые, опрессованные и герметизированные, плоские и цилиндрические и т. д.

Независимо от вида конденсатор характеризуется рабочим напряжением. Рабочим напряжением называется напряжение, под которым обкладки конденсатора могут длительно находиться без пробоя разделяющего их диэлектрика. Рабочее напряжение выражают в вольтах.

Большое значение для нормальной работы конденсатора имеет сопротивление его изоляции. При малом сопротивлении изоляции возникают утечки, нарушающие нормальную работу схемы. Потери в конденсаторе характеризуются тангенсом угла диэлектрических потерь, выражающим отношение мощности активных потерь к реактивной мощности конденсатора.

В маломощных конденсаторах потери энергии в основном вызываются проводимостью диэлектрика и диэлектрическим гистерезисом, т. е. потерями на поворот полярных молекул в направлении поля при приложении напряжения к обкладкам. Потери в обкладках и выводах малы, поэтому ими обычно пренебрегают.

Одной из важнейших характеристик конденсатора является стабильность - неизменность величины емкости конденсатора во время работы. Изменение емкости может быть как временным, так и необратимым. Основным фактором, влияющим на стабильность емкости конденсатора, является воздействие температуры окружающей среды и нагрев конденсатора за счет рассеиваемой на нем мощности. При повышении температуры увеличиваются геометрические размеры материала, что и влечет за собой временное (до возвращения температуры к первоначальному значению) изменение емкости.

Однако повышение температуры может привести и к необратимым изменениям емкости. Например, в конденсаторе может произойти перегруппировка воздушных зазоров между обкладками и диэлектриком. Необратимое изменение емкости происходит также вследствие старения диэлектрика, которое заключается в изменении его диэлектрической проницаемости.

Меры борьбы против изменения емкости конденсаторов - пропитка их специальными составами (касторовое масло, церезин, вазелин и т. д.) и серебрение пластинок слюды вместо применения металлической фольги. В особо ответственных случаях конденсаторы герметизируют.

При маркировке конденсаторов указывают тип, номинальное рабочее напряжение, номинальную емкость (в пикофарадах или микрофарадах), класс точности (допустимое отклонение от номинальной емкости в процентах).

Слюдяные и стеклоэмалевые конденсаторы имеют дополнительные указания на принадлежность к группе ТКЕ (температурный коэффициент емкости) в виде букв А, Б, В, Г для слюдяных и Р, О, М, П для стеклоэмалевых. Температурный коэффициент емкости керамических конденсаторов обозначают цветным кодом: корпуса конденсаторов окрашивают в цвета группы ТКЕ .

Рис. 1. Слюдяные конденсаторы: а -КСО; б – КСГ

Конденсаторы КСО могут работать в температурном интервале от 60 до 4 70° С, при относительной влажности воздуха до 80% (кратковременно - до 98%) и при атмосферном давлении не ниже 5 мм рт. cm (для конденсаторов на рабочее напряжение до 500 в). При монтаже конденсаторов КСО в контурах различных видов аппаратуры следует помнить, что они имеют разный ТКЕ .

Кроме того, выпускаются температуростойкие опрессованные слюдяные конденсаторы КСОТ , а также конденсаторы повышенной надежности К31У-ЗЕ.

Помимо опрессованных конденсаторов, выпускаются слюдяные герметизированные конденсаторы в металлических и керамических корпусах.

Конденсаторы КСГ (конденсаторы слюдяные герметизированные) в металлических корпусах (рис. 39, б) бывают двух видов: КСГ -1 и КСГ -2. Конденсаторы КСГ -1 используются на номинальные емкости 470 - 20000 пф, а КСГ -2 - от 0,02 до 0,1 мкф при рабочем напряжении 500 и 1000 в. Эти конденсаторы выпускаются 0, I, II и III классов точности.

Конденсаторы СГМ (слюдяные герметизированные малогабаритные) во влагонепроницаемых керамических корпусах, опаянных по торцам, имеют серебряные, нанесенные на слюду обкладки. Их выпускают по габаритным размерам четырех видов: СГМ -1, СГМ -2, СГМ -3 и СГМ -4. Вес конденсаторов СГМ от 3 до 10 г, номинальные значения емкости от 100 до 10 ООО пф с допусками по 0 I, II и III классам точности. Они рассчитаны на рабочее напряжение от 250 до 1500 в. Во влажной атмосфере эти конденсаторы работают более устойчиво, чем конденсаторы КСО .

Для изготовления слюдяных конденсаторов применяют слюду высшего сорта - мусковит. Обкладки конденсаторов изготовляют из тонкой металлической фольги (алюминиевой, свинцово-оловянной или медной) толщиной 7 - 100 мкм.

В качестве обкладок высокостабильных конденсаторов применяют серебро, которое вжигают или наносят методом распыления.

Керамические конденсаторы. Керамические конденсаторы разделяют по конструкции на трубчатые и дисковые. Более распространенными являются трубчатые конденсаторы КТК и КТ (конденсаторы трубчатые керамические). Конденсатор КТК (рис. 40, а) представляет собой тонкостенную керамическую трубочку, на внешнюю и внутреннюю поверхности которой нанесены обкладки из тонких слоев серебра. Выводы от обкладок выполнены из медной посеребренной проволоки.

Конденсаторы КТМ (конденсаторы трубчатые малогабаритные) имеют аналогичную с конденсаторами КТК конструкцию, но размеры их меньше.

Очень удобны при монтаже так называемые опорные керамические конденсаторы КО. В них внешняя обкладка соединена с болтом, который служит одновременно для укрепления конденсатора на металлическом шасси (панели) и для надежного заземления этой обкладки. Внутренняя обкладка имеет вывод в виде лепестка.

В радиоаппаратуре, предназначенной для работы при повышенной влажности, рекомендуется применять трубчатые конденсаторы КГК (конденсаторы герметизированные керамические), имеющие влагонепроницаемую керамическую оболочку.

Основой конденсаторов КДК и КД (конденсаторы дисковые керамические) сужит керамическая пластина, выполненная в виде диска. Обкладками его являются тонкие слои серебра, нанесенные на каждую из поверхностей этой пластины. Конденсаторы КДК (рис. 2, в) в зависимости от диаметра диска разделяют на три типа:

Рис. 2. Керамические конденсаторы: а -КТК; б-КГК : в-КДК

Конденсаторы КДМ (конденсаторы дисковые малогабаритные), предназначенные для малогабаритной аппаратуры, собранной на полупроводниковых приборах, имеют диаметр 4 мм. Выводы КДК и КДМ - проволочки, припаянные к обкладкам.

Конденсаторы КДУ (конденсаторы дисковые для ультракоротковолновых цепей) имеют такой же диаметр, что и КДК , но выводы их сделаны в виде коротких широких лепестков.

В конденсаторах КДО (конденсаторы дисковые опорные) одна из обкладок припаяна к головке болта, который служит для крепления конденсатора на шасси и надежного соединения этой обкладки с шасси. Вторая обкладка имеет вывод в виде лепестка.

Рис. 3. Секция бумажного конденсатора: 1 - конденсаторная бумага: 2 - фольга

В качестве диэлектрика в керамических конденсаторах применяют специальную конденсаторную керамику, характеризующуюся относительно высокой диэлектрической проницаемостью и малыми потерями. Конденсаторы КТК выпускают емкостью от 2 до 100 пф, а конденсаторы КДК -от 1 до 75 пф по 0, I, II и III классам точности. Конденсаторы КДМ изготовляют на номинальные емкости от 1 до 220 пф по I, II и III классам точности, а конденсаторы КТМ емкостью от 1 до 10 000 пф также по I, II и III классам точности.

В последнее время широкое применение в радиоаппаратуре на полупроводниковых приборах нашли керамические конденсаторы с большими значениями емкости (порядка 0,01 мкф) при малых габаритах КЛС (керамический литой секционированный), КП (керамический пластинчатый) и КПС (керамический пластинчатый сегнетоэлектрический).

Бумажные конденсаторы. В бумажных конденсаторах в качестве диэлектрика используют конденсаторную бумагу толщиной от 4 до 10 мкм, а в качестве обкладок - алюминиевую или свин-цово-оловянную фольгу толщиной 7-7,5 мкм.

Секция бумажного конденсатора состоит из лент металлической фольги 2, между которыми проложена конденсаторная бумага /; число слоев бумаги должно быть не менее двух. При одном слое бумаги сильно возрастет вероятность быстрого пробоя конденсатора, так как бумага содержит определенное количество электропроводящих включений.

В производстве радиоаппаратуры применяют главным образом конденсаторы КБГ (конденсаторы бумажные герметизированные). Этот тип конденсаторов имеет ряд разновидностей:
— КБГ -И - в цилиндрическом корпусе из керамики или стекла;
— КБГ -М1 и КБГ -М2 - в металлическом корпусе с одним или мя изолированными от корпуса выводами (рис. 42, б); КБГ -МП - в металлическом прямоугольном корпусе, плоский;
— КБГ -МН-в металлическом прямоугольном корпусе, нормальный.

Номинальные величины емкостей конденсаторов КБГ -И, КБГ -МН, КБГ -МП от 470 пф ДО 10 мкф при рабочих напряжениях 200, 400, 600, 1000 и 1500 в, а конденсаторов КБГ -М1 и КБГ -М2 от 0,1 до 0,25 мкф при рабочих напряжениях 200, 400 или 600 в.

Для малогабаритной аппаратуры на полупроводниковых приборах выпускаются специальные конденсаторы БМ, БГМ (бумажные герметизированные малогабаритные - рис. 42, д) и БГМТ (бумажные герметизированные малогабаритные термостойкие).

Номинальные емкости конденсаторов БМ: от 510 до 2200 пф при рабочем напряжении 300 в; от 3300 пф до 0,03 мкф при рабочем напряжении 200 в; 0,04 и 0,05 мкф при рабочем напряжении 150 в. Эти конденсаторы изготовляются по II и III классам точности.

Конденсаторы БГМ (БГМ -1 и БГМ -2) выпускаются с рабочим напрямышленностью, следует отметить малогабаритные опреесованные конденсаторы К40П-1, герметизированные К40П-2, негерметизи-рованные К40П-3, а также термостойкие К40У-9 (до + 125 °С).

Рис. 4. Бумажные конденсаторы: а - КБГ -И; б - КБГ -М; в -КБГ-МП; г - КБГ -МН; 3 -БГМ; е - БМ

Технология изготовления бумажных конденсаторов включает намотку секций, прессование, сушку, пропитку и сборку.

Металлобумажные конденсаторы. Металлобумажные конденсаторы получили широкое распространение, так как они имеют относительно малые габариты (малый объем и вес на единицу емкости) и в то же время обладают хорошими изоляционными свойствами. Обкладки металлобумажного конденсатора выполнены в виде слоя металла толщиной до сотых долей микрона. Металл наносят на бумажную ленту методом испарения под вакуумом.

Металлобумажные конденсаторы выпускают в металлических герметизированных корпусах прямоугольной или цилиндрической формы. Они имеют маркировку МБГП (металлобумажные герметизированные в корпусе прямоугольной формы), МБГЦ (металлобумажные герметизированные в корпусе цилиндрической формы), МБ ГО (металлобумажные герметизированные, один слой диэлектрика), МБГЧ (металлобумажные герметизированные частотные), МБ Г (металлобумажные герметизированные термостойкие).

В зависимости от назначения эти конденсаторы изготовляют емкостью от 0,025 до 30 мкф на рабочие напряжения от 160 до 1500 в. .Конденсаторы МБМ (металлобумажные малогабаритные) на рабочее напряжение 160 в предназначены для работы в аппаратуре на полупроводниковых приборах. Некоторые типы металло-бумажных конденсаторов показаны на рис. 5.

В качестве металлического покрытия металлобумажных конденсаторов обычно применяют цинк, алюминий и никель. Так как нанесенный на бумагу слой металла очень тонок и склонен к окислению, срок пребывания металлизированной бумаги на открытом воздухе ограничен. Покрытия из алюминия и никеля по сравнению с цинковым менее подвержены коррозии.

Металлобумажные конденсаторы самовосстанавливаются после электрического пробоя. Самовосстановление происходит вследствие того, что запасенный в конденсаторе или поступающий к нему извне электрической энергии оказывается достаточно для испарения слоя металла в месте пробоя и обособления тем самым поврежденного участка от остального металлического покрытия. Наилучшими свойствами самовосстановления обладают конденсаторы с цинковым покрытием.

Эффект самовосстановления позволяет изготовлять металлобумажные конденсаторы с одним слоем диэлектрика в отличие от конденсаторов с обкладками из фольги.

Металлобумажные конденсаторы, как и обычные бумажные, подвергают пропитке, которой предшествует тщательная вакуумная сушка.

Пленочные конденсаторы. В качестве диэлектрика в конденсаторах этой группы применяют органические высокомолекулярные пленки. Некоторые типы пленочных конденсаторов показаны на 6. При их производстве наибольшее применение получили пленки из полистирола и фторопласта. Полистирол относится к чис-неполярных диэлектриков и поэтому широко применяется для производства конденсаторов, работающих как в низкочастотных, так и в высокочастотных цепях.

Рис. 5. Металлобумажные конденсаторы: а - МБГП ; б - МБГЦ ; в -МБГО; г -МБГТ

Полистирольные конденсаторы характеризуются малым тангенсом угла диэлектрических потерь в широком интервале частот, относительно малым температурным коэффициентом емкости (-150-Ю-6 на ГС) и высоким сопротивлением изоляции. Существенным недостатком полистирольных конденсаторов. является их низкая термостойкость (предельная рабочая температура 60-70° С).

Высокой термостойкостью обладают конденсаторы, где диэлектриком служит фторопласт-4. Эти конденсаторы могут длительно работать при температурах до 200 и даже 250° С при кратковременной нагрузке. Фторопласт-4 неполярен. К числу полярных органических диэлектриков относится фторопласт-3. Конденсаторы, в которых диэлектриком служит фторопласт-3, применяют только в Цепях низкой частоты или постоянного тока ввиду повышенного значения тангенса угла диэлектрических потерь.

Секции пленочных полистирольных конденсаторов изготовляют на обычных намоточных станках, применяемых при производстве бумажных конденсаторов. В качестве обкладок в пленочных поли-стирольных конденсаторах используют алюминиевую фольгу. Толщина пленки 15-20 мкм\ толщина фольги 7,5 мкм.

Для уменьшения габаритов конденсаторов используют металлизированную полистирольную пленку, при этом надежность конденсатора сохраняется, а габаритные размеры уменьшаются в 5-6 раз по сравнению с конденсаторами, имеющими алюминиевые фольговые обкладки.

Рис. 6. Пленочные конденсаторы: О-ПГТ ; б-ПМ; e-ПСО ; г-ФГТИ

В качестве основного металла для обкладок применяют цинк, который осаждают на тонкий слой олова. Эти конденсаторы называют металлопленочными. Металлопленочные конденсаторы заключены в прямоугольные металлические корпуса с керамическими изоляторами или в трубчатые алюминиевые корпуса, залитые с торцов эпоксидной смолой.

Для изготовления конденсаторов из фторопласта-4 применяют пленку толщиной от 5 до 40 мкм. Обкладками в них служит алюминиевая фольга толщиной 7,5 мкм. Фторопластовые конденсаторы делят на две группы: низковольтные, цилиндрический корпус которых выполнен из алюминия и имеет с торцовых сторон крышки из фторопласта-4, закрепленные завальцовкой краев корпуса, и высоковольтные - в керамических цилиндрических корпусах, с двух сторон корпуса которых приварены колпачки из инвара, что обеспечивает вакуумплочную герметизацию. Корпус высоковольтного

сонденсатора наполнен под давлением азотом, чтобы предотвратить возможный электрический пробой между закраинами обкладок и ионизацию газа.

Промышленностью выпускаются пленочные полистирольные конденсаторы ПО (открытый) и ПМ (малогабаритный) и фторопласто-вые для радиоаппаратуры низких напряжений (не более 1 кв) конденсаторы ФТ (термостойки до +200 °С). Из новых типов пленочных конденсаторов можно отметить конденсаторы К72П-6 (термостойкий, до+200 °С), К73П-2 (металлопленочный) и К76П-1 (лакопленоч-ный).

Электролитические конденсаторы. Электролитические конденсаторы разделяют на высоковольтные с рабочим напряжением 250- 450 в (емкость несколько сотен микрофарад), применяемые главным образом в сглаживающих фильтрах выпрямителей и развязывающих фильтрах, в анодных цепях экранных сеток, и низковольтные с рабочим напряжением 6-60 в (емкость до нескольких тысяч микрофарад), применяемые в полупроводниковой технике.

К. первой группе можно отнести конденсаторы КЭ (конденсаторы электролитические), изготовляемые на номинальные емкости от 5 до 2000 мкф и рабочее напряжение от 8 до 500 в. По конструкции они бывают трех видов: КЭ-1, КЭ-2 и КЭ-3.

К этой группе относят также конденсаторы ЭГЦ (конденсаторы электролитические герметизированные цилиндрические) емкостью от 5 до 50 мкф на рабочие напряжения от 6 до 500 в.

Ко второй группе можно отнести конденсаторы ЭМ (электролитические малогабаритные) и ЭМИ (электролитические миниатюрные). Они предназначены для работы в цепях постоянного и пульсирующего тока транзисторных малогабаритных узлов. Номинальное напряжение постоянного тока 3 в конденсаторов ЭМИ и от 4 до 150 в конденсаторов ЭМ, номинальная емкость 0,5; 1,25 и 10 мкф для ЭМИ и от 0,5 до 50 мкф для ЭМ. Допустимые отклонения действительной величины емкости от номинальной: от +80 до -20% для конденсаторов емкостью 0,5 мкф-, от + 200 до -10% для конденсаторов емкостью 1,25 и 10 мкф. Интервал рабочих температур от -20 до +50° С при относительной влажности воздуха не более 98% и атмосферном давлении 720-780 мм рт. ст.

Среди новых видов малогабаритных алюминиевых электролитических конденсаторов промышленностью выпускаются конденсаторы К50-3 на рабочие напряжения от 6 до 450 в, К50-ЗИ (импульсные), К50-6 (неполярные) и др.

На рис. 7 показаны типы некоторых электролитических конденсаторов, диэлектриком в которых служит оксидная пленка, обра зованная на алюминиевой фольге, выполняющей роль первой об кладки (анод) конденсатора, вторая обкладка - электролит, соприкасающийся с оксидной пленкой. Вторая лента из фольги (катодная) служит токоотводом к элек тролиту.

Оксидная пленка имеет тол щину 0,01-1,5 мкм и обладает униполярной (односторонней проводимостью, поэтому электролитические конденсаторы могут работать только в цепях постоянного или пульсирующего тока.

По конструкции и методу изготовления электролитические конденсаторы бывают жидкост ные (мокрые), оксидированный алюминиевый анод которых на ходится в жидком или полу жидком электролите, и сухие, получаемые намоткой лент алюминиевой фольги (оксидированной анодной и неоксидирован-ной катодной) и разделенные волокнистой прокладкой, пропитанной пастообразным или полужидким электролитом.

Наиболее широкое применение получили сухие электролитические конденсаторы. Для анодов этих конденсаторов применяют материал с содержанием от 99,8 до 99,99% алюминия и минимальным количеством железа.

Алюминиевая анодная фольга, применяемая в электролитических конденсаторах, имеет толщину 50-150 мкм.

Менее жесткие требования предъявляют к алюминию, используемому для изготовления катодов; в нем допускается до 0,4% примесей. Толщина катодной фольги 7,5-16 мкм.

В сухих электролитических конденсаторах для прокладки между алюминиевыми лентами применяют специальные сорта бумаги и хлопчатобумажной ткани, пропитанные электролитами.

В последнее время промышленность широко выпускает электролитические конденсаторы с диэлектриком из оксидной танталовой пленки, которая по сравнению с алюминиевой имеет более высоко-, значение диэлектрической проницаемости.

Рис. 7. Электролитические конденсаторы: а - КЭ 3; б -КЭ-1-ОМ; в -КЭ-2М; г - КЭГ -2; д - КЭГ -1М

Танталовые конденсаторы значительно меньше по габаритам, более надежны и имеют лучшие электрические характеристики, чем конденсаторы на основе алюминиевой оксидной пленки. Емкость п тангенс угла диэлектрических потерь сухого танталового конденсатора незначительно изменяются с изменением температуры вплоть до -60° С.

Жидкостные танталовые конденсаторы имеют цилиндрический анод, изготовленный из прессованного порошка тантала, термически обработанного в вакууме. Термическая обработка необходима для спекания зерен танталового порошка. Получаемая при этом пористая структура анода характеризуется большой активной поверхностью, способствующей увеличению емкости конденсатора. Этот способ увеличивает действующую поверхность анода в 40-50 раз по сравнению с герметической поверхностью цилиндра.

Диэлектриком в конденсаторе является тонкая пленка окиси тантала на поверхности зерен, а роль второй обкладки выполняет кислотный электролит.

На рис. 8 показано устройство жидкостного электролитического танталового конденсатора ЭТО .

Конденсатор ЭТО (электролитический танталовый с объемнопори-стым анодом) имеет несколько разновидностей: ЭТО -1, ЭТО -2 и ЭТО -3,4. Модификацией этого типа являются конденсаторы К52-2 и К52-3.

Из сухих танталовых конденсаторов выпускаются конденсаторы ЭТ (электролитический танталовый) и ЭТН (неполярный).

Дальнейшим конструктивным развитием конденсаторов этой группы являются танталовые конденсаторы с твердым электролитом. Анод такого конденсатора изготовлен в виде цилиндра из пористого спеченного тантала. Слой диэлектрика (окись тантала) на поверхности спрессованных частиц получают электролитическим путем. Роль второй обкладки в этом конденсаторе выполняет слой Двуокиси марганца, наносимый методом пиролиза (разложения) азотнокислого марганца.

Рис. 8. Устройство жидкостного электролитического танталового конденсатора ЭТО с объемно-пористым анодом: I - вывод; 2 - текстолитовое кольцо; 3 - тапталовая крышка; 4 - резиновое кольцо: 5 - электролит; 6 - анод; 7 -вкладыш из химически стойкого металла; 8 - стальной корпус; 9 - вывод катода; 10 - тан таловый стержень; 11 -фторопластовое кольцо

Температурная характеристика емкости конденсатора с твердьщ электролитом выгодно отличается от характеристики жидкостных электролитических танталовых конденсаторов, особенно при отрицательных температурах, когда жидкие электролиты густеют или затвердевают. Потери в конденсаторе с твердым электролитом мало зависят от температуры и сохраняются на одном уровне до весьма низких температур. Кроме того, при работе на высокой частоте характеристики конденсаторов оказываются также более благоприятными, чем у танталовых конденсаторов жидкостного типа. Длительное хранение конденсаторов с пористым танталовым анодом и твердым электролитом показало, что электрические характеристики их практически не меняются во времени.

Стеклоэмалевые конденсаторы (рис. 9). В конденсаторах этой группы диэлектриком являются тонкие слои стеклоэма-ли, а обкладками - серебряные пленки, наносимые на стекло-эмалевые слои методом вжигания. Примерный состав эмали: 15- 25% Si02; 3-11% Na20 + К20; 15-25% РЬО , остальное – окиси других двухвалентных металлов.

Стеклоэмалевые конденсаторы КС-1 и КС-2 имеют интервал рабочих температур от -60 до +100° С; сопротивление изоляции не менее 20 ООО Мом; тангенс угла потерь при температуре +20±5° С не более 15-1Q-4, а при + 100±5°С не более 20- Ю-4, температурный коэффициент емкости в интервале температур от +20 до 100° С равен +(65±35)-10-6; допускаемые отклонения ±2, ±5, ±10, ±20%.

Стеклоэмалевые конденсаторы применяют в радиоаппаратуре наравне со слюдяными и керамическими.

Особенности крепления к корпусу выводов конденсаторов КС создают некоторые неудобства при формовке выводов, что часто вызывает брак (отслоение пайки). Поэтому с конденсаторами КС необходимо осторожно обращаться на всех операциях, включая и регулировку.

Стеклоэмалевые конденсаторы постоянной емкости КС-1 предназначены для работы в цепях постоянного и переменного тока, а также в импульсных цепях. Интервал рабочих температур от -60 до +100 °С; относительная влажность до’98%, номинальное напряжение постоянного тока 300 в. Температурная стабильность емкости не более 0,1%. Допустимые отклонения действительных величин емкостей от номинальных: ±2% и ±5%.

Рис. 9. Стеклоэмалевый конденсатор

Подстроенные конденсаторы. Подстроечные конденсаторы (триммеры) применяют для подстройки высокочастотных колебательных контуров в процессе регулировки. Их изготовляют с воздушным или керамическим диэлектриком и для повышения стабильности емкости применяют керамические основания.

Рис. 10. Подстроечные конденсаторы: а - с воздушным диэлектриком; б - с керамическим диэлектриком; 1 - статор; 2 -ротор; 3 - выводы; 4 - отверстия для крепления

Керамические подстроечные конденсаторы КПК рассчитаны на рабочее напряжение 250 в и служат в основном для подстройки контуров высокой частоты в приемниках.

Конденсаторы КПК -1 имеют минимальные величины емкости 2, 4, 6 и 8 пф и максимальные соответственно 7, 15, 25 и 30 пф.

Конденсаторы КПК -2 и КПК -3 имеют минимальные емкости 6, 10 и 25 пф и максимальные 60, 100 и 150 пф.

Для малогабаритной аппаратуры выпускаются подстроечные конденсаторы КПК -МН (малогабаритные для навесного монтажа) и КПК -МП (малогабаритные для печатного монтажа).

В электронике используется множество различных деталей, которые вместе позволяют осуществлять целый ряд действий. Одной из них является конденсатор. И в рамках статьи будет вестись речь о том, что это за механизм, как работает, для чего нужен конденсатор и что он делает в схемах.

Что называется конденсатором?

Конденсатор - это пассивное электрическое устройство, которое в схемах может выполнять различные задачи благодаря умению копить заряд и энергию электрического поля. Но главный спектр применения - это в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. Так, благодаря конденсаторам осуществляется передача сигнала между усилительными каскадами, задаются временные интервалы для выдержки времени, строят фильтры высоких и низких частот. Благодаря своим свойствам он также используется для подборки частоты в разных генераторах.

Данный вид конденсаторов может похвастаться емкостью, которая составляет несколько сотен микрофарад. По подобному принципу устроены и другие представители семейства этой детали электроники. А как проверить конденсатор и убедиться, что реальное положение дел соответствует надписям? Наиболее простой способ - воспользоваться цифровым мультиметром. Также ответ на вопрос, как проверить конденсатор, может дать омметр.

Принцип действия и для чего нужен конденсатор

Из обозначения и схематического изображения можно сделать заключение, что в качестве простейшего конденсатора могут выступить даже две металлические пластины, расположенные рядом. В качестве диэлектрика при этом справится воздух. Теоретически нет никакого ограничения на площадь пластин и расстояние между ними. Поэтому даже при разводе на огромные расстояния и уменьшении их размера, пускай и незначительная, но какая-то емкость сохраняется.

Такое свойство нашло использование в высокочастотной технике. Так, их научились делать даже в виде обычных дорожек печатного монтажа, а также просто скручивая два провода, которые находятся в полиэтиленовой изоляции. При использовании кабеля емкость конденсатора (мкф) увеличивается вместе с длиной. Но следует понимать, что если передаваемый импульс короткий, а провод длинный, то он может просто не дойти до точки назначения. Может использоваться конденсатор в цепи постоянного и переменного тока.

Накопление энергии

При увеличении емкости конденсатора такие процессы, как заряд и разряд протекают медленно. Напряжение на данном электрическом устройстве растёт по кривой линии, которая в математике называется экспонентой. Со временем напряжение конденсатора увеличится от значения в 0В до уровня источника питания (если не перегорит из-за слишком высоких значений последнего).

Электролитический конденсатор

На данный момент самой большой удельной емкостью при соотношении этого показателя и объема детали могут похвастаться электролитические конденсаторы. Их показатель вместимости достигает значений в 100 тысяч микрофарад, а рабочее напряжение до 600 В. Но работают они хорошо исключительно на низких частотах. Для чего нужен конденсатор такого типа? Основная сфера применения - фильтры Электролитические конденсаторы в схемы всегда включаются с соблюдением полярности. Электроды делают из тонкой пленки (которая сделана из оксида металлов). Так как тонкий слой воздуха между ними не является достаточно хорошим изолятором, то также сюда добавляется слой электролита (в качестве него выступают концентрированные растворы щелочей или кислот).

Суперконденсатор

Это новый класс электролитических конденсаторов, который называют ионисторами. Его свойства делают его похожим на аккумулятор, хотя и накладываются определённые ограничения. Так, их преимущество заключается в коротком времени заряда (обычно несколько минут). Для чего нужен конденсатор такого типа? Ионисторы используются как резервные источники питания. При изготовлении они получаются неполярными, и где плюс, а где минус, определяется первой зарядкой (на заводе-производителе).

Значительное влияние на работоспособность оказывает температура и номинальное напряжение. Так, при 70˚C и 0,8 мощности дадут только 500 часов работы. При уменьшении напряжения до 0,6 от номинала, а температуры до 40 градусов срок его службы увеличится до 40 тысяч часов. Найти ионисторы можно в микросхемах памяти или электронных часах. Но вместе с этим имеют неплохие перспективы их использования в солнечных батареях.

Маркировка конденсаторов обладает большим разнообразием по сравнению с маркировкой резисторов. Довольно сложно увидеть маркировку маленьких конденсаторов, потому что площадь поверхности их корпусов очень незначительная. В этой статье рассказывается, как читать маркировку практически всех типов современных конденсаторов, произведенных за рубежом. Возможно, на вашем конденсаторе маркировка будет нанесена в другом порядке (по сравнению с описываемым в этой статье). Более того, на некоторых конденсаторах отсутствуют значения напряжения и допуска – для создания низковольтной цепи вам понадобится только значение емкости.

Шаги

Маркировка больших конденсаторов

Ознакомьтесь с единицами измерения. Основной единицей измерения емкости является фарад (Ф). Один фарад – это огромное значение для обычной цепи, поэтому бытовые конденсаторы маркируются дольными единицами измерения.

1 µF , uF , mF = 1 мкФ (микрофарад) = 10 -6 Ф. (Внимание! В случаях, не связанных с маркировкой конденсаторов, 1 mF = 1 мФ (миллифарад) = 10 -3 Ф)
1 nF = 1 нФ (нанофарад) = 10 -9 Ф.
1 pF , mmF , uuF = 1 пФ (пикофарад) = 10 -12 Ф.

Определите значение емкости. В случае больших конденсаторов значение емкости наносится непосредственно на корпус. Конечно, могут быть некоторые различия, но в большинстве случаев ищите число с одной из единиц измерения, описанных выше. Возможно, вам придется учесть следующие моменты:

Определите значение допуска. На корпус некоторых конденсаторов наносится значение допуска, то есть допустимое отклонение номинальной емкости от указанной; учитывайте эту информацию, если при сборке электроцепи необходимо знать точное значение емкости конденсатора. Например, если на конденсаторе нанесена маркировка «6000uF+50%/-70%», то его максимальная емкость равна 6000+(6000*0,5)=9000 мкФ, а минимальная – 6000-(6000*0,7)=1800 мкФ.

Определите номинальное напряжение. Если корпус конденсатора довольно большой, на нем проставляется численное значение напряжения, за которым следуют буквы V или VDC, или VDCW, или WV (от английского Working Voltage – рабочее напряжение). Это максимально допустимое напряжение конденсатора, которое измеряется в вольтах (В).

Поищите символы «+» или «-». Если на корпусе конденсатора присутствует один из этих символов, такой конденсатор поляризован. В этом случае подключите положительный («+») контакт конденсатора к положительной клемме источника питания; в противном случае может произойти короткое замыкание конденсатора или конденсатор может взорваться. Если символов «+» или «-» на корпусе нет, вы можете включать конденсатор в цепь так, как вам угодно.

Интерпретация маркировки конденсаторов
1. Запишите первые две цифры значения емкости. Если конденсатор маленький и на его корпусе не помещается значение емкости, оно маркируется в соответствии со стандартом EIA (это справедливо для современных конденсаторов, чего не скажешь про старые конденсаторы). Для начала запишите первые две цифры, а затем сделайте следующее:
  
  Воспользуйтесь третьей цифрой в качестве множитель нуля. Если емкость конденсатора маркируется тремя цифрами, то такая маркировка интерпретируется следующим образом:
  - Если третей цифрой является цифра от 0 до 6, к двум первым цифрам припишите соответствующее количество нулей. Например, маркировка «453» – это 45 x 10 3 = 45000.
  - Если третьей цифрой является 8, умножьте первые две цифры на 0,01. Например, маркировка «278» – это 27 x 0,01 = 0,27.
  - Если третьей цифрой является 9, умножьте первые две цифры на 0,1. Например, маркировка «309» – это 30 x 0,1 = 3,0.
2. Определите единицы измерения . В большинстве случаев емкость самых маленьких конденсаторов (керамических, пленочных, танталовых) измеряется в пикофарадах (пФ, pF), которые равны 10 -12 Ф. Емкость больших конденсаторов (алюминиевых электролитических или двухслойных) измеряется в микрофарадах (мкФ, uF или µF), которые равны 10 -6 Ф.
  
  Интерпретируйте маркировку, включающую буквы . Если одним из первых двух символов маркировки является буква, интерпретируйте это следующим образом:
  
  Определите значение допуска керамических конденсаторов. Керамические конденсаторы имеют плоскую круглую форму и два контакта. Значение допуска таких конденсаторов приводится в виде одной буквы непосредственно после трехзначного маркера емкости. Допуск – это допустимое отклонение номинальной емкости от указанной. Если необходимо знать точное значение емкости, интерпретируйте маркировку следующим образом:

Свойства конденсатора

Конденсатор не пропускает постоянный ток и является для него изолятором.

Для переменного тока конденсатор не является преградой. Сопротивление конденсатора (ёмкостное сопротивление) переменному току уменьшается с увеличением его ёмкости и частоты тока, и наоборот, увеличивается с уменьшением его ёмкости и частоты тока.

Свойство конденсатора оказывать разное сопротивление переменному току нашло широкое применение. Конденсаторы используют для фильтрации, отделения одних частот от других, отделения переменной составляющей от постоянной…

Из чего делают конденсаторы

Простейший конденсатор состоит из 2-х металлических пластин (обкладок), разделённых изолятором (диэлектриком). Если одну обкладку конденсатора зарядить положительно, а другую отрицательно, то разноимённые заряды, притягиваясь друг к другу, будут удерживаться на обкладках. Поэтому конденсатор может быть накопителем электрической энергии.

Обкладки конденсатора обычно изготавливают из алюминия, меди, серебра, тантала. В качестве диэлектрика применяют специальную конденсаторную бумагу, слюду, синтетические плёнки, воздух, специальную керамику и т.п.

Если использовать обкладки из фольги и многослойный пленочный диэлектрик, то можно изготовить конденсаторы рулонного типа, у которых удельная аккумулирующая способность находится приблизительно в пределах от 0,1 J/kg до 1 J/kg или от 0,03 mWh/kg до 0,3 mWh/kg. Из-за малой удельной аккумулирующей способности конденсаторы такого вида не подходят для длительного сохранения существенного количества энергии, но они широко применяются как источники реактивной мощности в цепях переменного тока и как емкостные сопротивления. Значительно более эффективно энергия может аккумулироваться в электролитических конденсаторах, принцип устройства которых изображен на рис. 2.

1 металлический лист или фольга (алюминий, тантал или др.),
2 диэлектрик из окиси металла (Al2O3 , Ta2O5 или др.),
3 бумага и т. п., пропитанная электролитом (H3BO3 , H2SO4 , MnO2 или др.) и глицерином.Так как толщина слоя диэлектрика в этом случае обычно остается в пределах 0,1 µm, то эти конденсаторы могут изготовляться с очень большой емкостью (до 1 F), но на относительно малое напряжение (обычно на несколько вольт).

Еще большую емкость могут иметь ультраконденсаторы (супер-конденсаторы, ионисторы), обкладками которых служит двойной электрический слой толщиной в несколько десятых долей нанометра на границе раздела электрода, изготовленного из микропористого графита, и электролита (рис. 3).

1 электроды из микропористого графита,
2 электролит

Эффективная площадь обкладок таких конденсаторов достигает, благодаря пористости, до 10 000 m2 на каждый грамм массы электродов, что позволяет достигать очень большой емкости при очень малых размерах конденсатора. В настоящее время ультраконденсаторы выпускаются на напряжение до 2,7 V и емкостью до 3 kF. Их удельная аккумулирующая способность находится обычно в пределах от 0,5 Wh/kg до 50 Wh/kg и имеются опытные образцы с удельной аккумулирующей способностью до 300 Wh/kg.
Выгодны они тогда, когда энергия потребляется в виде коротких импульсов (например, для питания стартера двигателей внутреннего сгорания) или когда требуется быстрая (секундная) зарядка аккумулирующего устройства. Например, в 2005 году в Шанхае началась опытная эксплуатация ультраконденсаторных автобусов, батарея конденсаторов которых заряжается во время стоянки автобуса на каждой остановке.

При выборе конденсатора для конкретного устройства нужно учитывать следующие обстоятельства:

а) требуемое значение емкости конденсатора (мкФ, нФ, пФ),

б) рабочее напряжение конденсатора (то максимальное значение напряжения, при котором конденсатор может работать длительно без изменения своих параметров),

в) требуемую точность (возможный разброс значений емкости конденсатора),

г) температурный коэффициент емкости (зависимость емкости конденсатора от температуры окружающей среды),

д) стабильность конденсатора,

е) ток утечки диэлектрика конденсатора при номинальном напряжении и данной температуре. (Может быть указано сопротивление диэлектрика конденсатора.)

Применение

Во всех радиотехнических и электронных устройствах кроме транзисторов и микросхем применяются конденсаторы. В одних схемах их больше, в других меньше, но совсем без конденсаторов не бывает практически ни одной электронной схемы.

При этом конденсаторы могут выполнять в устройствах самые разные задачи. Прежде всего, это емкости в фильтрах выпрямителей и стабилизаторов. С помощью конденсаторов передается сигнал между усилительными каскадами, строятся фильтры низких и высоких частот, задаются временные интервалы в выдержках времени и подбирается частота колебаний в различных генераторах.

Свою родословную конденсаторы ведут от лейденской банки, которую в середине XVIII века в своих опытах использовал голландский ученый Питер ван Мушенбрук. Жил он в городе Лейдене, так что нетрудно догадаться, почему так называлась эта банка.

Собственно это и была обыкновенная стеклянная банка, выложенная внутри и снаружи оловянной фольгой – станиолем. Использовалась она в тех же целях, как и современная алюминиевая, но тогда алюминий открыт еще не был.Единственным источником электричества в те времена была электрофорная машина, способная развивать напряжение до нескольких сотен киловольт. Вот от нее и заряжали лейденскую банку. В учебниках физики описан случай, когда Мушенбрук разрядил свою банку через цепь из десяти гвардейцев взявшихся за руки.В то время никто не знал, что последствия могут быть трагическими. Удар получился достаточно чувствительным, но не смертельным. До этого не дошло, ведь емкость лейденской банки была незначительной, импульс получился очень кратковременным, поэтому мощность разряда была невелика.

Конденсаторы - это не только элементы радио и электрических цепей. В природе мы встречаемся с естественными конденсаторами во время грозы, когда разноимённо заряженные облака разряжаются относительно друг друга или земли. Образуется молния и гремит гром.

Конденсаторы широко применяют в системах энергоснабжения промышленных предприятий и электрифицированных железных дорог для улучшения использования электрической энергии при переменном токе. На э. п. с. и тепловозах конденсаторы используют для сглаживания пульсирующего тока, получаемого от выпрямителей и импульсных прерывателей, борьбы с искрением контактов электрических аппаратов и с радиопомехами, в системах управления полупроводниковыми преобразователями, а также для создания симметричного трехфазного напряжения, требуемого для питания электродвигателей вспомогательных машин. В радиотехнике конденсаторы служат для создания высокочастотных электромагнитных колебаний, разделения электрических цепей постоянного и переменного тока и др. 1.В радиотехнической и телевизионной аппаратуре – для создания колебательных контуров, их настройки, блокировки, разделения цепей с различной частотой, в фильтрах выпрямителей и т.д.

2.В радиолакационной технике – для получения импульсов большей мощности, формирования импульсов и т.д.

3. В телефонии и телеграфии – для разделения цепей переменного и постоянного токов, разделения токов различной частоты, искрогашения в контактах, симметрирования кабельных линий и т.д.

4. В автоматике и телемеханике – для создания датчиков на емкостном принципе, разделения цепей постоянного и пульсирующего токов, искрогашения в контактах, в схемах тиратронных генераторов импульсов и т.д.

5. В технике счетно-решающих устройств – в специальных запоминающих устройствах и т.д.

6. В электроизмерительной технике – для создания образцов емкости, получения переменной емкости (магазины емкости и лабораторные переменные конденсаторы), создания измерительных приборов на емкостном принципе и т. д.

7. В лазерной технике – для получения мощных импульсов.

В современной электроэнергетике конденсаторы находят себе также весьма разнообразное и ответственное применение:

для улучшения коэффициента мощности и промышленных установок (косинусные или шунтовые конденсаторы);

для продольной емкости компенсации дальних линий передач и для регулирования напряжения в распределительных сетях (серийные конденсаторы);

для емкостного отбора энергии от линий передач высокого напряжения и для подключения к линиям передач специальной аппаратуры связи и защитной аппаратуры (конденсаторы связи);

для защиты от перенапряжений;

для применения в схемах импульсов напряжения (ГИН) и генераторов мощных импульсов тока (ГИТ), используемых при испытаниях электротехнической аппаратуры;

для электрической сварки разрядом;

для пуска конденсаторных электродвигателей (пусковые конденсаторы) и для создания нужного сдвига фаз в дополнительной обмотке этих двигателей;

в устройствах освещения люминесцентными лампами;

для подавления радиопомех, создаваемых электрическими машинами и подвижным составом электрифицированного транспорта.

Кроме электроники и электроэнергетики, конденсаторы применяют и в других неэлектротехнических областях техники и промышленности для следующих основных целей:

В металлопромышленности - в высокочастотных установках для плавки и термической обработки металлов, в электроэрозионных (электроискровых) установках, для магнитоимпульсной обработки металлов и т.д.

В добывающей промышленности (угольной, металлорудной и т.п.) – в рудничном транспорте на конденсаторных электровозах нормальной и повышенной частоты (бесконтактных), в электровзрывных устройствах с использованием электрогидравлического эффекта и т.д.

В автотракторной технике – в схемах зажигания для искрогашения в контактах и для подавления радиопомех.

В медицинской технике – в рентгеновской аппаратуре, в устройствах электротерапии и т.д.

В технике использования атомной энергии для мирных целей – для изготовления дозиметров, для кратковременного получения больших токов и т.д.

В фотографической технике – для аэрофотосъемки, получения вспышки света при обычном фотографировании и т.д.

Разнообразие областей применения обусловливает исключительно большое разнообразие типов конденсаторов, используемыз современной техникой. Поэтому наряду с миниатюрными конденсаторами, имеющими вес менее грамма и размеры порядка нескольких миллиметров, можно встретить конденсаторы с весом в несколько тонн и по высоте превышающие человеческий рост. Емкость современных конденсаторов может составлять от долей пикофарады до нескольких десятков и даже сотен тысяч микрофарад в единице, а номинальное рабочее напряжение может лежать в пределах от нескольких вольт до нескольких сотен киловольт.

Роль конденсатора в электронной схеме заключается в накоплении электрического заряда, разделения постоянной и переменной составляющей тока, фильтрации пульсирующего тока и многое другое

В советское время, когда многие стационарные электронные часы питались от розетки, а компактные и дешевые аккумуляторы еще не изобрели, умельцы ставили туда конденсаторы, чтобы при пропадании электроэнергии, например кратковременном, они могли работать и не сбить свой ход.

§ 1.1. Функции и области применения

Электрические конденсаторы в электрон-

ных, радиотехнических, электротехнических

и электроэнергетических устройствах выпол-

няют функции накопителя энергии, источ-

ника реактивной мощности, частотно-зави-

симого реактивного сопротивления. Осуще-

ствляют они это благодаря своей способ-

ности накапливать электрическую энергию,

а затем отдавать ее в нагрузочную цепь.

Импульсы тока большой мощности ис-

пользуются для создания экстремальных

по напряженности магнитных полей и мощ-

ных дуговых разрядов в газах и жидко-

Импульсы высокого и сверхвысокого

напряжений применяются в технике высо-

ких напряжений в испытательных и иссле-

довательских целях.

Емкостные накопители энергии исполь-

зуются в установках для исследования

физики плазмы, термоядерных реакций, ис-

пытаний различного оборудования, в элект-

ротехнологических устройствах (магнитно-

импульсная штамповка, установки, исполь-

зующие электрогидравлический удар, им-

пульсная электросварка, намагничивание,

ультразвуковая технология, электроискро-

вая технология обработки, электроплазмо-

лиз и т. д.). Накопительные конденсаторы

широко используются в различных устрой-

ствах импульсной связи, радиолокации,

навигации, в импульсных источниках све-

та (высокоинтенсивные источники - лам-

пы-вспышки, сигнальные установки - мая-

ки, оптические квантовые генераторы - ла-

зеры и т. д.), импульсной рентгеновской

Конденсаторы применяются в технике

сейсморазведки (электродинамическое им-

пульсное возбуждение упругих волн в зем-

ной коре), для подрыва детонаторов, в ме-

дицине (импульсный дефибриллятор)

Накопители для генераторов мощных им-

пульсов тока могут быть простейшими (в

виде конденсатора или батарей конденса-

торов) и более сложными (искусственные

длинные линии, например, цепочный фор-

мирователь, либо набор параллельных LC-

формирователей).

В них конденсаторы относительно дол-

го накапливают электрическую энергию от

сравнительно маломощного источника, а

затем быстро отдают ее в нагрузку. Нако-

пительные конденсаторы используются, в

частности, в днодно-конденсаторных умно-

жителях напряжения.

Основным рабочим процессом в ряде

устройств с емкостным накоплением энер-

гии является не отдача ее в нагрузку, а

накопление. Способность конденсатора

быстро накапливать электрическую энер-

гию используется при создании различных

устройств для защиты электрического обо-

рудования и его элементов от перенапря-

жений, обусловленных грозовыми или ком-

мутационными явлениями. Это свойство, а

также сравнительно малые габариты, вы-

сокая надежность конденсаторов обусло-

вили, в частности, их широкое использова-

ние в демпфирующих цепях мощных

высоковольтных преобразователей, для вы-

равнивания напряжений на последователь-

но включенных вентилях.

В тиристорных преобразователях (вы-

прямителях, инверторах, импульсных регу-

ляторах), в бесконтактной коммутацион-

ной аппаратуре конденсаторы применяют

для принудительного включения и выклю-

чения диодов и вентилей с неполной управ-

ляемостью. Коммутирующие конденсаторы

в бесконтактных аппаратах работают в

накопительном режиме, тогда как в пре-

образователях рабочими процессами обыч-

но являются заряд и разряд (или пере-

заряд) конденсатора.

Свойство конденсатора накапливать

электрическую энергию широко применяет-

ся и для подавления импульсных помех в

различном электронном оборудовании, для

создания ячеек памяти ЭВМ, интегрирова-

ния и дифференцирования электрических

сигналов (аналоговые ЭВМ, системы ав-

томатики, управления и т. д.).

Широко используются накопительные

свойства конденсаторов при их применении

в разнообразных импульсных устройствах

малой мощности: в генераторах импульсов

тока и напряжения специальной формы

(развертывающие, измерительные устройст-

ва н т. д.). в автоколебательных и спуско-

вых устройствах. Конденсаторы очень час то служат источником реактивной мощ-

ности. Это свойство проявляется тогда,

когда на них воздействует переменное

(обычно синусоидальное по форме) напря-

жение. Ток, протекающий через конденса-

тор, опережает напряжение на угол, близ-

кий к π/2, т. е. конденсатор, почти не по-

требляя активную мощность, генерирует

реактивную. Эта способность используется

для повышения коэффициента мощности

потребителей электрической энергии путем

частичной или полной компенсации их

реактивной мощности, что снижает потери

энергии в генераторах, трансформаторах,

электрических сетях, повышает устойчи-

вость параллельной работы энергосистем,

стабилизирует напряжение у потребителей.

Для повышения устойчивости парал-

лельной работы и пропускной способности

линий электропередачи, а также для улуч-

шения режима работы энергосистем при-

меняют установки продольной компенса-

ции, главным элементом которых являют-

ся мощные батареи конденсаторов, осуще-

ствляющие компенсацию индуктивных

сопротивлений высоковольтных линий

электропередачи. Установки продольной

компенсации реактивной мощности исполь-

зуются на электрифицированных железных

В последнее время батареи конденсато-

ров продольной компенсации стали приме-

няться для руднотермнческих плавильных

печей большой мощности (тысячи и десят-

ки тысяч киловатт), т. е. при резко пере-

менной нагрузке.

Продольная емкостная компенсация

реактивной мощности эффективно исполь-

зуется для пуска асинхронных машин

большой мощности при их питании по ли-

ниям с большим сопротивлением (линии

недостаточной мощности и относительно

большой длины). В энергосистемах кон-

денсаторы применяются в батареях как

продольной, так и поперечной централизо-

ванной компенсации реактивной мощности.

Они обеспечивают снижение потерь энер-

гии и улучшают режимы работы энерго-

систем (совместно с электростанциями

обеспечивают необходимые напряжения в

узлах и потоки энергии). В обоих видах

батарей используется последовательно-па-

раллельное соединение большого числа

единичных конденсаторов.

Конденсаторы широко применяются не

только в установках централизованной

компенсации реактивной мощности, но и в

установках для групповой и индивидуаль-

ной компенсации. Такими примерами мо-

гут служить конденсаторы для светильни-

ков с газоразрядными лампами, пусковые

и рабочие конденсаторы однофазных асин-

хронных электродвигателей (в этом случае

основная функция конденсаторов заключа-

ется в создании фазового сдвига π/2

между токами обмоток двигателей), кон-

денсаторы, повышающие очень низкий

коэффициент мощности индукционных

электротермических установок промышлен-

ной и повышенных частот. Групповая и

индивидуальная компенсация реактивной

мощности потребителей дает большой эко комический эффект в связи со снижением

потерь энергии при ее передаче, уменьше-

нием посадки напряжения при пиковых

реконструкции энергетических сетей (из-за

недостаточной мощности питающих линий,

трансформаторов и т. д.).

Способность конденсаторов компенси-

ровать реактивную мощность потребителей

электроэнергии применяется не только на

частоте 50-6 0 Гц, но и на повышенных

частотах работы, например, бортовых сис-

тем транспортных средств, электротермиче-

ских установок. В этом случае существен-

но снижаются масса и габариты первично-

го генератора электроэнергии.

Компенсация конденсаторами реактив-

ной мощности асинхронной машины позво-

ляет создавать асинхронные генераторы,

эффективные при переменной скорости вра-

щения первичного двигателя (гидравличе-

ские, газовые турбины). В них конденсато-

ры обеспечивают возбуждение магнитного

потока и компенсацию реактивной мощ-

ности нагрузки.

Полная компенсация конденсаторами

реактивной мощности катушек индуктив-

ностей происходит также в мощных коле-

бательных контурах генераторов радиопе-

редатчиков. Без конденсаторов невозможна

работа этих устройств с высоким коэффи-

циентом полезного действия и малыми ис-

кажениями, а также генерирование боль-

ших активных мощностей.

Другое свойство конденсаторов - изме-

нять свое реактивное сопротивление при

переменном токе обратно пропорционально

частоте (x с =1/2 π / С)-широк о использу-

ется при создании различных фильтров в

радиотехнических, электронных, электро-

технических устройствах, служащих для

разделения напряжений и токов различных

Фильтры низких, высоких частот, поло-

совые и режекторные, представляющие со-

бой комбинацию индуктивных и емкостных,

резистнвных и емкостных элементов, явля-

ются неотъемлемыми узлами большинства

электронных и радиотехнических устройств.

Фильтры используются также в энергети-

ческих системах. С их помощью маломощ-

ные высокочастотные сигналы, применяе-

мые для связи, телемеханики, систем про-

тивоаварийной автоматики и других целей,

отделяются от напряжений промышленной

частоты высокого напряжения. Силовые

фильтры используются в электроэнергети-

ке для приближения формы напряжения к

синусоидальной при наличии источников

высших гармоник (выпрямителей), дуго-

вых печей и др.), в силовых полупровод-

никовых преобразователях, работающих в

автономном или в ведомом сетью режиме.

В реактивных фильтрах, резонансных

умножителях напряжения и других устрой-

ствах используются резонансные свойства

цепей, состоящих из конденсаторов к ии-

дуктнвностей.

Конденсаторы применяются в фильтрах

не только переменного, но н постоянного

тока, в которых полезной составляющей

является постоянное напряжение, а задача

фильтра заключается в сглаживании пуль

саций напряжения (путем снижения пере-

менной составляющей), т. е. здесь одно-

временно используется способность кон-

денсатора накапливать энергию и снижать

свое сопротивление с частотой. Такие

фильтры применяются в блоках питания

различных электронных и электротехни-

ческих устройств, например, в высоковольт-

ных установках электростатической окрас-

ки, очистки газов, в импульсных стабилиза-

торах напряжения, ЭВ М и др.

Свойство конденсаторов снижать свое

сопротивление с ростом частоты обуслав-

ливает их широкое использование в элект-

ронной и радиоэлектронной аппаратуре в

качестве блокирующего или помехоподав-

ляющего элемента. Роль конденсатора в

этом и в предыдущем случаях заключает-

ся в том, чтобы замкнуть путь высокочас-

тотных токов, не допустив их прохожде-

ния через другие цепи и элементы уст-

ройств, например в питающую сеть.

Конденсаторы являются неотъемлемым

элементом фазосдвигающих цепей элект-

ронных устройств систем автоматики, уп-

равления, в LC- и RС-генераторах, в ак-

тивных фильтрах и т. д.

Одна из многочисленных задач, решае-

мых с помощью конденсаторов, заключает-

ся в делении переменного напряжения,

осуществляемого при различных изменени-

ях в высоковольтных цепях, в электроэнер-

гетических системах, испытательных уста-

новках, в равномерном распределении на-

пряжения на разрывных промежутках воз-

душных высоковольтных выключателей и

для других целей.

Конденсаторы широко используются:

В емкостных делителях напряжения

для отбора энергии от высоковольтных ли-

ний электропередачи (при небольших мощ-

ностях стоимость конденсаторного отбора

ниже стоимости устройства отбора энергии

с помощью обычных трансформаторов);

Как балластное сопротивление в лю-

минесцентных источниках света, лампах

накаливания, а также в маломощных ус-

тройствах для зарядки аккумуляторов;

Во вторичных источниках питания со

специальными характеристиками (стабили-

заторы тока, напряжения), в частности, в

индуктивно-емкостных преобразователях,

служащих для питания неизменным током

установок плазменной технологии, сварки

Индуктивно-емкостные устройства при-

меняются и для симметрирования напря-

жений трехфазной сети при наличии несим-

метричных потребителей, а также для соз-

дания расщепителей числа фаз, необходи-

мых для питания трехфазных потребителей

от однофазной сети.

Таким образом, область применения

конденсаторов достаточно широка: энерге-

тика, промышленность, транспорт, устрой-

ства связи, автоматика, вещание, локация,

измерительная и вычислительная техника

Справочник

по электрическим

конденсаторам

Общие сведения,

выбор и применение

Под общей редакцией

кандидата технических наук

В. В. Ермуратског о