Классификация.
По характеру изменения ёмкости различают конденсаторы постоянной и переменной емкости.
По способу изменения емкости конденсаторы бывают с механически и электрически управляемой емкостью.
В зависимости от типа диэлектрика конденсаторы постоянной емкости бывают: вакуумные, воздушные, с твердым неорганическим диэлектриком (слюдяные, керамические, стеклокерамические, стеклоэмалевые, пленочные, стеклопленочные), с твердым органическим диэлектриком (бумажные, металлобумажные, фторопластовые, полиэтиленфталатные), электролитические (танталовые, титановые, алюминиевые).
Условные обозначения конденсаторов показаны на рис.1.5.
Рисунок 1.5 - Условное обозначение конденсаторов: a — постоянной емкости; б — электролитический полярный; в — переменной емкости; г — подстроенный; д — вариконд; е — дифференциальный; ж — многосекционный; з — варикап
Конденсаторы специального назначения. К ним относятся вариконды и варикапы. Вариконды представляют собой сегнетокерамические конденсаторы, имеющие резко нелинейную зависимость величины ёмкости от приложенного напряжения. Вариконды используют для управления параметрами цепей (умножители частоты и т.д.). В варикапах используют свойство р-n-перехода изменять свою толщину при переменном модулирующем и постоянном запирающем напряжениях. Варикапы применяют для частотной модуляции в диапазоне УКВ, а также для автоматической подстройки резонансной частоты колебательных контуров.
Конденсатор как законченное устройство обладает рядом паразитных параметров. Эквивалентная схема конденсатора приведена на рис. 1.6.
Рисунок 1.6 - Эквивалентная схема конденсатора
где L — определяется конструкцией, размерами обкладок и ограничивает частотный диапазон применения, Rиз — сопротивление изоляции, Rп — сопротивление потерь, поскольку под действием переменного поля изменяется состояние диэлектрика, на что требуются затраты мощности. Сопротивление Rпуказывает на то, что напряжение и ток реального конденсатора сдвинуты по фазе на угол меньше 90° в частотном диапазоне, в котором индуктивностью можно пренебречь.
Для количественной оценки потерь вводят тангенс угла диэлектрических потерь
tgδ = RПωC.
Значение tgδ зависит от вида диэлектрика, температуры и напряженности электрического поля. Он может изменяться с частотой и во времени. На практике для характеристики потерь пользуются понятием добротности конденсатора Qc =1/ tgδ.
Стабильность конденсаторов во времени характеризуется коэффициентом старения:
где t — время,
Cq — значение емкости непосредственно после изготовления.
Часто стабильность конденсаторов в зависимости от времени характеризуется граничными значениями емкости.
При длительном воздействии напряжения возможен пробой диэлектрика. В твердом диэлектрике наблюдаются следующие виды пробоев: электрический, ионизационный, тепловой и электрохимический.
Электрический пробой возникает при кратковременном приложении высокого напряжения. Свободным электронам в диэлектрике сообщаются большие скорости и возможно их лавинное размножение. Напряжение пробоя зависит от температуры. В реальных условиях конденсаторы эксплуатируют при рабочих напряжениях ниже пробивного. Поэтому электрический пробой диэлектрика не относится к основным факторам, определяющим его долговечность.
Ионизационный пробой обусловлен наличием остаточных воздушных включений в толщи диэлектрика или в прослойках между диэлектриком и обкладками. Даже при небольших напряжениях возникает большая напряженность электрического поля в создавшихся неоднородностях, что приводит к локальному пробою, разрушению диэлектрика и к образованию в нем областей с ухудшенными свойствами.
Тепловой пробой происходит при длительном воздействии напряжения на конденсаторе. Возрастают потери, из-за неоднородности диэлектрика в отдельных местах может возникать перегрев, ухудшаются диэлектрические свойства и уменьшается напряжение пробоя.
Электрохимический пробой обусловлен электрохимическими процессами в диэлектрике при действии постоянного напряжения и повышенной температуры. Ионы в диэлектрике вступают во взаимосвязь с металлом обкладок, что приводит к образованию в толще диэлектрика проводящих нитей и возникновению пробоя. Для избежания этого необходимо тщательно выбирать материалы обкладок и диэлектрик.
При воздействии на конденсатор напряжения в нем возникают электрические и акустические шумы. Электрические шумы вызваны частичными разрядами, мерцаниями емкости, пьезоэлектрическими эффектами. Акустические — обусловлены вибрацией обкладок под действием кулоновских и электродинамических сил.
К основным параметрам конденсаторов относятся:
1. Номинальное значение емкости конденсатора и допустимое отклонение действительной емкости от номинального значения (класс точности).
Значения номинальных емкостей конденсаторов стандартизированы и имеют значения, сосредоточенные в 7 рядах: Е3, Е6, ..., Е192.
В производстве используются Е3, Е6, Е12, Е24.
Конденсаторы характеризуются номинальной и фактической емкостью. Номинальная емкость Сном указывается заводом-изготовителем, а фактическая Сф определяется при данных температуре и частоте. Допустимое отклонение емкости задается в процентах:
По точности и отклонению емкости от номинального значения конденсаторы разделяются на классы (табл. 1.2).
Таблица 1.2 - Деление конденсаторов на классы
| Класс | 0,01 | 0,02 | 0,05 | ||||||||
| Допуск, % | ±0,1 | ±0,2 | ±0,5 | ±1 | ±2 | ±5 | ±10 | ±20 | -10...+20 | -20...+30 | -20... +50 |
2. Номинальное напряжение – зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов
3. Тангенс угла диэлектрических потерь tgδилидобротностьQc.
4. Температурный коэффициент ёмкости ТКЕ.
где С0 – емкость конденсатора при нормальной температуре, ΔС - изменение емкости под влиянием температуры.
ТКЕ может быть отрицательным, нулевым и положительным. Для обеспечения нулевого ТКЕ используют последовательное и параллельное соединения нескольких конденсаторов с разным знаком ТКЕ.
5. Сопротивление изоляции и ток утечки, которые характеризуют качество диэлектрика и используются при расчетах высокомегомных, времязадающих и слаботочных цепей. Наименьший ток утечки имеют танталовые конденсаторы.
Конденсаторы переменной емкости по способу управления бывают механически или электрически управляемые. Подстроечные конденсаторы обычно имеют механическое управление и используются в процессе регулировки аппаратуры. Так как емкость конденсатора пропорциональна площади обкладок, диэлектрической проницаемости и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками, то при механическом управлении изменяется взаимное перекрытие пластин. Одна обкладка выполняется в виде ротора, а вторая служит статором. Поэтому поворот ротора относительно статора вызывает изменение площади обкладок и изменение самой емкости.
По типу диэлектрика конденсаторы переменной емкости бывают: воздушные, керамические, слюдяные (твердый неорганический диэлектрик), полистироловые, полиэтиленовые (органический диэлектрик). Конденсаторы с твердым диэлектриком чаще всего используются в качестве подстроечных, ибо они не обеспечивают хорошей повторяемости значений емкости из-за наличия воздушных зазоров между подвижными и неподвижными обкладками.
Конденсаторы с воздушными зазорами обладают высокой стабильностью и небольшими потерями, однако имеют большие габариты.
Переменные и подстроечные конденсаторы характеризуются максимальной Смакс и минимальной Смин емкостями, коэффициентом перекрытия по емкости К = Смакс/Смин, ТКЕ, tgδ, законом изменения емкости.
Дата добавления: 2015-08-11; просмотров: 1916;