Якщо ви регулярно займаєтеся створенням електричних схем, ви напевно використовували конденсатори. Це стандартний компонент схем, такий же, як опір, який ви просто берете з полиці без роздумів. Ми використовуємо конденсатори для згладжування потужності і розв'язання, блокування постійного струму, схем синхронізації та інших застосувань.
Але конденсатор - це не просто пляшечку з двома проводочками і парою параметрів - робоча напруга і ємність. Існує величезний масив технологій і матеріалів з різними властивостями, що застосовуються для створення конденсаторів. І хоча в більшості випадків для будь-якого завдання згодиться практично будь-який конденсатор підходящої ємності, хороше розуміння роботи цих пристроїв може допомогти вам вибрати не просто щось підходяще, а відповідне найкращим чином. Якщо у вас коли-небудь була проблема з температурною стабільністю або завдання пошуку джерела додаткових шумів - ви оціните інформацію з цієї статті.
Почнемо з простого
Краще почати з простого і описати основні принципи роботи конденсаторів, перш ніж переходити до справжнім пристроям. Ідеальний конденсатор складається з двох провідних пластинок, розділених діелектриком. Заряд збирається на пластинах, але не може перетікати між ними - діелектрик має ізолюючими властивостями. Так конденсатор накопичує заряд.
Ємність вимірюється в Фарада: конденсатор в один фарад видає напругу в один вольт, якщо в ньому знаходиться заряд в один кулон. Як і у багатьох інших одиниць системи СІ, у неї непрактичний розмір, тому, якщо не брати до уваги суперконденсатори, про які ми тут говорити не будемо, ви швидше за все зустрінетеся з мікро-, нано- та пикофарад. Ємність будь-якого конденсатора можна вивести з його розмірів і властивостей діелектрика - якщо цікаво, формулу для цього можна подивитися у Вікіпедії. Запам'ятовувати її не потрібно, якщо тільки ви не готуєтеся до іспиту - але в ній міститься один корисний факт. Ємність пропорційна електричної постійної εr. що в результаті призвело до появи у продажу різних конденсаторів, використовують різні діелектричні матеріали для досягнення великих ємностей або поліпшення характеристик напруги.
Паразитні індуктивність і опір реального конденсатора
З використанням діелектриків в конденсаторах є одна проблемка, поряд з тим, що діелектрик з потрібними характеристиками володіє неприємними побічними ефектами. У всіх конденсаторів є невеликі паразитні опір і індуктивність, які іноді можуть впливати на його роботу. Електричні постійні змінюються від температури і напруги, п'єзоелектрики або шуму. Деякі конденсатори коштують надто дорого, у деяких існують стану відмови. І ось ми підійшли до основної частини статті, в якій розповімо про різні типи конденсаторів, і про їх властивості, корисних і шкідливих. Ми не будемо висвітлювати всі можливі технології, хоча більшість звичайних ми опишемо.
алюмінієві електролітичні
Алюмінієві електролітичні конденсатори використовують анодно-оксидований шар на алюмінієвому листі в якості однієї пластини-діелектрика, і електроліт з електрохімічної комірки в якості одної пластини. Наявність електрохімічної комірки робить їх полярними, тобто напруга постійного струму має прикладатися в одному напрямку, і анодирувана пластина повинна бути анодом, або плюсом.
На практиці їх пластини виконані у вигляді сендвіча з алюмінієвої фольги, загорнутої в циліндр і розташованої в алюмінієвій банці. Робоча напруга залежить від глибини анодованого шару.
У електролітичних конденсаторів найбільша серед поширених ємність, від 0,1 до тисяч мкФ. Через щільну упаковки електрохімічної осередки у них спостерігається велика еквівалентна послідовна індуктивність (equivalent series inductance, ESI, або ефективна індуктивність), через що їх не можна використовувати на високих частотах. Зазвичай вони використовуються для згладжування харчування і розв'язання, а також зв'язування на аудіочастот.
танталові електролітичні
Танталовий конденсатор поверхневого розміщення
Танталові електролітичні конденсатори виготовляються у вигляді спеченого танталового анода з великою площею поверхні, на якій вирощується товстий шар оксиду, а потім в якості катода розміщується електроліт з діоксиду марганцю. Комбінація великої площі поверхні і діелектричних властивостей оксиду танталу призводить до великого об'єму в перерахунку на обсяг. В результаті такі конденсатори виходять набагато менше алюмінієвих конденсаторів порівнянної ємності. Як і у останніх, у танталових конденсаторів є полярність, тому постійний струм повинен йти в строго одному напрямку.
Їх доступна ємністю варіюється від 0,1 до декількох сотень мкФ. У них набагато менше опір витоку і еквівалентний послідовний опір (ESR), в зв'язку з чим вони використовуються в тестуванні, вимірювальних приладах і високоякісних аудіопристроїв - там, де ці властивості корисні.
У разі танталових конденсаторів необхідно особливо стежити за станом відмови, буває, що вони спалахують. Аморфний оксид танталу - хороший діелектрик, а в кристалічній формі він стає добрим провідником. Неправильне використання танталового конденсатора - наприклад, подача занадто великого пускового струму може призвести до переходу діелектрика в іншу форму, що збільшить проходить через нього струм. Правда, репутація, пов'язана з займанням, з'явилася у більш ранніх поколінь танталових конденсаторів, і поліпшені методи виробництва привели до створення більш надійної продукції.
полімерні плівки
Ціле сімейство конденсаторів використовує полімерні плівки в якості діелектриків, а плівка або знаходиться між крученими або перемежованими шарами металевої фольги, або має металізований шар на поверхні. Їх робоча напруга може доходити до 1000 В, але високими ємностями вони не володіють - це зазвичай від 100 пФ до одиниць мкФ. У кожного виду плівки є свої плюси і мінуси, але в цілому все сімейство відрізняється більш низькими ємністю і індуктивністю, ніж у електролітичних. Тому вони використовуються в високочастотних пристроях і для розв'язання в електрично галасливих системах, а також в системах загального призначення.
Поліпропіленові конденсатори використовуються в схемах, що вимагають хорошої теплової та частотної стабільності. Також вони використовуються в системах харчування, для придушення ЕМП, в системах, що використовують змінні струми високої напруги.
Поліестерові конденсатори, хоча і не володіють такими температурними і частотними характеристиками, виходять дешевими і витримують великі температури при пайку для поверхневого монтажу. У зв'язку з цим вони використовуються в схемах, призначених для використання в некритичних додатках.
Поліетилен-нафталатовие конденсатори. Чи не мають стабільні температурними і частотними характеристиками, але можуть витримувати набагато більші температури і напруги в порівнянні з поліестеровими.
Поліетилен-сульфідовие конденсатори мають температурними і частотними характеристиками поліпропіленових, і на додаток витримують високі температури.
У старому обладнанні можна наштовхнутися на полікарбонатні й полістіреновие конденсатори, але зараз вони вже не використовуються.
Історія керамічних конденсаторів досить довга - вони використовувалися з перших десятиліть минулого століття і до цього дня. Ранні конденсатори представляли собою один шар кераміки, металізованої з обох сторін. Пізніші бувають і багатошаровими, де пластини з металізацією і кераміка перемежовуються. Залежно від діелектрика їх ємності варіюються від 1 пФ до десятків мкФ, а напруги досягають кіловольт. У всіх галузях електроніки, де потрібна мала ємність, можна зустріти як одношарові керамічні диски, так і багатошарові пакетні конденсатори поверхневого монтажу.
Найпростіше класифікувати керамічні конденсатори по діелектриків, оскільки саме вони надають конденсатором все властивості. Діелектрики класифікують за трибуквених кодами, де зашифрована їх робоча температура і стабільність.
C0G найкраща стабільність в ємності по відношенню до температури, частоті і напрузі. Використовуються в високочастотних схемах і інших контурах високого швидкодії.
X7R не володіють такими хорошими характеристиками по температурі і напрузі, тому використовуються в менш критичних випадках. Зазвичай це розв'язання і різні універсальні додатки.
Y5V мають набагато більшою ємністю, але характеристики температури і напруги у них ще нижче. Також використовуються для розв'язання і в різних універсальних додатках.
Оскільки кераміка часто має і п'єзоелектричні властивості, деякі керамічні конденсатори демонструють і мікрофонний ефект. Якщо ви працювали з високими напругами і частотами в аудіодіапазоне, наприклад, в разі лампових підсилювачів або електростатики, ви могли почути, як «співають» конденсатори. Якщо ви використовували п'єзоелектричний конденсатор для забезпечення частотної стабілізації, ви могли виявити, що його звук модулюється вібрацією його оточення.
Про виявлені вами неточності і помилки прошу писати через особисті повідомлення сайту. Дякуємо.