Типы конденсаторов

Некоторые разные конденсаторы для электронного оборудования

Конденсаторы производятся во многих формах, стилях, длине, обхвате и из многих материалов. Все они содержат как минимум два электрических проводника (называемых «пластинами»), разделенных изолирующим слоем (называемым диэлектриком ). Конденсаторы широко используются в составе электрических цепей многих распространенных электрических устройств.

Конденсаторы вместе с резисторами и индукторами относятся к группе « пассивных компонентов », используемых в электронном оборудовании . Хотя в абсолютных цифрах наиболее распространенными конденсаторами являются встроенные конденсаторы (например, в DRAM или структурах флэш-памяти ), в этой статье основное внимание уделяется различным типам конденсаторов в качестве дискретных компонентов.

Конденсаторы небольшой емкости используются в электронных устройствах для передачи сигналов между каскадами усилителей, в качестве компонентов электрических фильтров и настраиваемых цепей или в качестве частей систем питания для сглаживания выпрямленного тока. Конденсаторы большей емкости используются для хранения энергии в таких приложениях, как стробоскопы, в составе некоторых типов электродвигателей или для коррекции коэффициента мощности в системах распределения электроэнергии переменного тока. Стандартные конденсаторы имеют фиксированное значение емкости , но регулируемые конденсаторы часто используются в настроенных схемах. Используются разные типы в зависимости от требуемой емкости, рабочего напряжения, допустимой нагрузки по току и других свойств.

Общие замечания [ править ]

Теория условного строительства [ править ]

В обычном конденсаторе электрическая энергия сохраняется статически за счет разделения зарядов , обычно электронов , в электрическом поле между двумя электродными пластинами. Количество заряда, накопленного на единицу напряжения, по существу зависит от размера пластин, свойств материала пластины, свойств диэлектрического материала, помещенного между пластинами, и расстояния разделения (т.е. толщины диэлектрика). Потенциал между пластинами ограничен свойствами диэлектрического материала и расстоянием между ними.

Почти все обычные промышленные конденсаторы, за исключением некоторых специальных типов, таких как «проходные конденсаторы», сконструированы как «пластинчатые конденсаторы», даже если их электроды и диэлектрик между ними намотаны или свернуты. Формула емкости пластинчатых конденсаторов:

${\ displaystyle C = {\ frac {\ varepsilon A} {d}}}$.

Емкость C увеличивается с увеличением площади пластин A и диэлектрической проницаемости ε диэлектрического материала и уменьшается с увеличением расстояния между пластинами d . Следовательно, емкость наибольшая в устройствах, изготовленных из материалов с высокой диэлектрической проницаемостью, большой площадью пластины и малым расстоянием между пластинами.

Теория электрохимического строительства [ править ]

Другой тип - электрохимический конденсатор - использует два других принципа хранения для хранения электроэнергии. В отличие от керамических, пленочных и электролитических конденсаторов , суперконденсаторы (также известные как электрические двухслойные конденсаторы (EDLC) или ультраконденсаторы) не имеют обычного диэлектрика. Значение емкости электрохимического конденсатора определяется двумя принципами накопления большой емкости. Эти принципы таковы:

• электростатическое накопление в двойных слоях Гельмгольца, достигаемое на границе раздела фаз между поверхностью электродов и электролитом (емкость двойного слоя) ; и
• электрохимическое накопление, достигаемое фарадеевским переносом заряда электронов специфически адсорбированными ионами с окислительно-восстановительными реакциями (псевдоемкость) . В отличие от батарей, в этих реакциях ионы просто цепляются за атомную структуру электрода, не создавая и не разрывая химические связи, и при зарядке / разряде не происходит никаких или пренебрежимо малых химических модификаций.

Соотношение накопления, обусловленное каждым принципом, может сильно варьироваться в зависимости от конструкции электродов и состава электролита. Псевдоемкость может увеличить значение емкости на порядок величины по сравнению с двойным слоем самого по себе. ^[1]

Общие конденсаторы и их названия [ править ]

Конденсаторы делятся на две механические группы: конденсаторы постоянной емкости с фиксированными значениями емкости и конденсаторы переменной емкости с переменными (подстроечными) или регулируемыми (настраиваемыми) значениями емкости.

Самая важная группа - это конденсаторы постоянной емкости. Многие получили свое название от диэлектрика. Для систематической классификации эти характеристики не могут быть использованы, потому что один из самых старых, электролитический конденсатор, назван вместо этого по конструкции катода. Так что наиболее часто используемые имена просто исторические.

Наиболее распространенные типы конденсаторов:

• Керамические конденсаторы имеют керамический диэлектрик.
• Пленочные и бумажные конденсаторы названы в честь их диэлектриков.
• Алюминиевые, танталовые и ниобиевые электролитические конденсаторы названы в честь материала, используемого в качестве анода, и конструкции катода ( электролита ).
• Полимерные конденсаторы - это электролитические конденсаторы из алюминия, тантала или ниобия с проводящим полимером в качестве электролита.
• Суперконденсатор - это семейное название:
  • Двухслойные конденсаторы были названы в честь физического явления двойного слоя Гельмгольца.
  • Псевдоконденсаторы были названы за их способность электрохимически накапливать электроэнергию с обратимой фарадеевской передачей заряда.
  • Гибридные конденсаторы сочетают в себе двухслойные и псевдоконденсаторы для увеличения плотности мощности.
• Серебряные слюдяные, стеклянные, кремниевые, воздушные и вакуумные конденсаторы названы в честь их диэлектрика.

В дополнение к показанным выше типам конденсаторов, которые получили свое название от исторического развития, существует множество отдельных конденсаторов, названных в зависимости от их применения. Они включают:

• Силовые конденсаторы , моторные конденсаторы , DC-конденсаторы , подавление конденсаторы , аудио конденсаторы кроссовера , освещая балластные конденсаторы , демпфирующие конденсаторы , муфты , развязывающие или обходя конденсаторы.

Часто для этих приложений используется более одного семейства конденсаторов, например, для подавления помех можно использовать керамические конденсаторы или пленочные конденсаторы .

Другие типы конденсаторов обсуждаются в разделе # Специальные конденсаторы .

Диэлектрики [ править ]

Наиболее распространенные диэлектрики:

• Керамика
• Пластиковые пленки
• Оксидный слой на металле ( алюминий , тантал , ниобий )
• Природные материалы, такие как слюда , стекло , бумага , воздух , SF 6 , вакуум

Все они статически хранят свой электрический заряд в электрическом поле между двумя (параллельными) электродами.

Под этими обычными конденсаторами было разработано семейство электрохимических конденсаторов, называемых суперконденсаторами . У суперконденсаторов нет обычного диэлектрика. Они хранят свой электрический заряд статически в двойных слоях Гельмгольца и фарадаически на поверхности электродов.

• со статической двухслойной емкостью в двухслойном конденсаторе и
• с псевдоемкостью (фарадеевский перенос заряда) в pseudocapacitor
• или с обоими принципами хранения вместе в гибридных конденсаторах .

Наиболее важные параметры материалов различных используемых диэлектриков и приблизительная толщина слоя Гельмгольца приведены в таблице ниже.

Площадь пластины конденсатора можно адаптировать к желаемому значению емкости. Диэлектрическая проницаемость и толщина диэлектрика являются определяющими параметрами для конденсаторов. Также очень важна простота обработки. Тонкие, механически гибкие листы можно легко обернуть или сложить в стопку, создавая большие конструкции с высокими значениями емкости. Тем не менее, тончайшие металлизированные керамические слои, покрытые металлизированными электродами, предлагают наилучшие условия для миниатюризации схем с помощью стилей SMD .

Краткий обзор цифр в таблице выше дает объяснение некоторых простых фактов:

• Суперконденсаторы имеют самую высокую плотность емкости из-за их особых принципов хранения заряда.
• Электролитические конденсаторы имеют меньшую плотность емкости, чем суперконденсаторы, но самую высокую плотность емкости среди обычных конденсаторов из-за тонкого диэлектрика.
• Керамические конденсаторы класса 2 имеют гораздо более высокие значения емкости в данном случае, чем конденсаторы класса 1 из-за их гораздо более высокой диэлектрической проницаемости.
• Пленочные конденсаторы с их различным материалом пластиковой пленки действительно имеют небольшой разброс размеров для данного значения емкости / напряжения пленочного конденсатора, потому что минимальная толщина диэлектрической пленки различается для разных пленочных материалов.

Диапазон емкости и напряжения [ править ]

Емкость колеблется от пикофарад до более чем сотен фарад. Номинальное напряжение может достигать 100 киловольт. Как правило, емкость и напряжение коррелируют с физическими размерами и стоимостью.

Миниатюризация [ править ]

Как и в других областях электроники, объемный КПД измеряет производительность электронной функции на единицу объема. Для конденсаторов объемный КПД измеряется с помощью «продукта CV», рассчитываемого путем умножения емкости (C) на максимальное номинальное напряжение (V), деленное на объем. С 1970 по 2005 год объемный КПД значительно улучшился.

• Миниатюризация конденсаторов
• Пакетный бумажный конденсатор (блочный конденсатор) с 1923 года для шумовой развязки (блокировки) в телеграфных линиях

• Намотанный металлизированный бумажный конденсатор начала 1930-х годов в твердом бумажном корпусе, значение емкости указано в «см» в системе cgs ; 5000 см соответствует 0,0056 мкФ.

• Сложенный влажный алюминиевый электролитический конденсатор Bell System 1929, вид на сложенный анод, который был установлен в квадратный корпус (не показан), заполненный жидким электролитом.

• Два мокрых алюминиевых электролитических конденсатора на 8 мкФ, 525 В в бумажном корпусе, запломбированном смолой, из радио 30-х годов.

Перекрытие диапазона приложений [ править ]

Эти отдельные конденсаторы могут выполнять свои функции независимо от их принадлежности к показанному выше типу конденсаторов, так что существует перекрывающийся диапазон приложений для различных типов конденсаторов.

Типы и стили [ править ]

Керамические конденсаторы [ править ]

Керамический конденсатор не является поляризованным фиксированным конденсатором сделан из двух или более чередующихся слоев керамики и металла , в котором керамический материал действует в качестве диэлектрика и металл действует в качестве электродов. Керамический материал представляет собой смесь тонко измельченных гранул параэлектрических или сегнетоэлектрических материалов, модифицированных смешанными оксидами , которые необходимы для достижения желаемых характеристик конденсатора. Электрические характеристики керамического материала делятся на два класса устойчивости:

1. Керамические конденсаторы класса 1 с высокой стабильностью и низкими потерями, компенсирующие влияние температуры в резонансных контурах. Общие сокращения кодов EIA / IEC : C0G / NP0, P2G / N150, R2G / N220, U2J / N750 и т. Д.
2. Керамические конденсаторы класса 2 с высокой объемной эффективностью для буферизации, байпаса и связи. Распространенные сокращения кода EIA / IEC: X7R / 2XI, Z5U / E26, Y5V / 2F4, X7S / 2C1 и т. Д.

Высокая пластичность керамического сырья хорошо подходит для многих специальных применений и обеспечивает огромное разнообразие стилей, форм и большой разброс размеров керамических конденсаторов. Например, наименьший дискретный конденсатор представляет собой микросхему «01005» размером всего 0,4 мм × 0,2 мм.

Конструкция керамических многослойных конденсаторов с в основном чередующимися слоями приводит к параллельному подключению одиночных конденсаторов. Эта конфигурация увеличивает емкость и уменьшает все потери и паразитные индуктивности . Керамические конденсаторы хорошо подходят для высоких частот и сильноточных импульсных нагрузок.

Поскольку толщину керамического диэлектрического слоя можно легко контролировать и получать с помощью желаемого напряжения приложения, доступны керамические конденсаторы с номинальным напряжением до 30 кВ.

Некоторые керамические конденсаторы особых форм и стилей используются в качестве конденсаторов для специальных приложений, в том числе конденсаторы подавления RFI / EMI для подключения к сети питания, также известные как конденсаторы безопасности, ^[8] X2Y® и трехконтактные конденсаторы для приложений шунтирования и развязки, ^{[9] [10]} проходные конденсаторы для подавления шума фильтрами нижних частот ^[11] и керамические силовые конденсаторы для передатчиков и высокочастотных приложений. ^{[12] [13]}

• Различные стили керамических конденсаторов
• Многослойные керамические конденсаторы (микросхемы MLCC) для монтажа SMD

• Керамические развязывающие конденсаторы X2Y®

• Керамические конденсаторы для подавления электромагнитных помех для подключения к сети питания (предохранительный конденсатор)

• Керамический силовой конденсатор высокого напряжения

Пленочные конденсаторы [ править ]

Пленочные конденсаторы или конденсаторы с пластиковой пленкой - это неполяризованные конденсаторы с изолирующей пластиковой пленкой в ​​качестве диэлектрика. Пленки диэлектрика вытянуты в тонкий слой, снабженный металлическими электродами, и намотаны в цилиндрическую обмотку. Электроды пленочных конденсаторов могут быть из металлизированного алюминия или цинка, нанесенные на одну или обе стороны пластиковой пленки, в результате чего образуются металлизированные пленочные конденсаторы или отдельная металлическая фольга, покрывающая пленку, называемые пленочными / фольговыми конденсаторами.

Металлизированные пленочные конденсаторы обладают самовосстанавливающимися свойствами. Пробой диэлектрика или короткое замыкание между электродами не разрушают компонент. Металлизированная конструкция позволяет изготавливать намотанные конденсаторы с большими значениями емкости (до 100 мкФ и более) в меньших корпусах, чем в конструкции пленка / фольга.

Конденсаторы из пленки / фольги или конденсаторы из металлической фольги используют две пластиковые пленки в качестве диэлектрика. Каждая пленка покрыта тонкой металлической фольгой, в основном алюминиевой, для формирования электродов. Преимущество этой конструкции - простота подключения электродов из металлической фольги, а также отличная сила импульса тока.

Ключевым преимуществом внутренней конструкции каждого пленочного конденсатора является прямой контакт с электродами на обоих концах обмотки. Этот контакт сокращает все пути тока. Конструкция ведет себя как большое количество отдельных конденсаторов, соединенных параллельно, что снижает внутренние омические потери ( эквивалентное последовательное сопротивление или ESR) и эквивалентную последовательную индуктивность (ESL). Собственная геометрия конструкции пленочного конденсатора приводит к низким омическим потерям и низкой паразитной индуктивности, что делает их пригодными для приложений с высокими импульсными токами ( демпферы ) и для приложений питания переменного тока или для приложений с более высокими частотами.

Пластиковые пленки, используемые в качестве диэлектрика для пленочных конденсаторов, представляют собой полипропилен (PP), полиэфир (PET), полифениленсульфид (PPS), полиэтиленнафталат (PEN) и политетрафторэтилен (PTFE). Полипропилен занимает около 50% рынка, а полиэстер - около 40% - наиболее часто используемые пленочные материалы. Остальные 10% используют все остальные материалы, включая ПФС и бумагу, примерно по 3% каждый. ^{[14] [15]}

Некоторые пленочные конденсаторы особой формы и стиля используются в качестве конденсаторов для специальных применений, в том числе конденсаторы для подавления RFI / EMI для подключения к сети питания, также известные как предохранительные конденсаторы, ^[16] демпфирующие конденсаторы для очень высоких импульсных токов, ^[17] двигатель рабочие конденсаторы и конденсаторы переменного тока для двигателей. ^[18]

• Нагрузка с высоким импульсным током - самая важная особенность пленочных конденсаторов, поэтому многие из доступных стилей имеют специальные клеммы для больших токов.
• Радиальный (односторонний) для монтажа пайкой в ​​сквозные отверстия на печатных платах

• Тип SMD для поверхностного монтажа печатных плат, с металлизированными контактами на двух противоположных краях

• Радиальный тип с усиленными выводами под пайку для демпфирующих приложений и высоких импульсных нагрузок

• Сверхмощный демпферный конденсатор с винтовыми клеммами

Силовые пленочные конденсаторы [ править ]

Родственный тип - силовой пленочный конденсатор . Материалы и методы изготовления, используемые для пленочных конденсаторов большой мощности, в основном аналогичны материалам и технологиям изготовления обычных пленочных конденсаторов. Однако конденсаторы с высокой и очень высокой номинальной мощностью для приложений в энергосистемах и электрических установках часто классифицируются отдельно по историческим причинам. Стандартизация обычных пленочных конденсаторов ориентирована на электрические и механические параметры. Стандартизация силовых конденсаторов, напротив, подчеркивает безопасность персонала и оборудования в соответствии с требованиями местного регулирующего органа.

По мере того, как современное электронное оборудование получало способность работать с уровнями мощности, которые ранее были исключительной областью «электрических» компонентов, различия между «электронной» и «электрической» номинальной мощностью стирались. Исторически граница между этими двумя семействами проходила примерно при реактивной мощности 200 вольт-ампер.

В пленочных силовых конденсаторах в качестве диэлектрика в основном используется полипропиленовая пленка. Другие типы включают металлизированные бумажные конденсаторы (конденсаторы MP) и конденсаторы со смешанной диэлектрической пленкой с полипропиленовыми диэлектриками. Конденсаторы MP служат для дорогостоящих применений и в качестве бесполевых несущих электродов (конденсаторы из мокрой фольги) для нагрузок с высоким переменным током или импульсными токами. Обмотки могут быть заполнены изолирующим маслом или эпоксидной смолой для уменьшения пузырьков воздуха и предотвращения коротких замыканий.

Они находят применение в качестве преобразователей для изменения напряжения, тока или частоты, для хранения или резкой подачи электроэнергии или для повышения коэффициента мощности. Номинальный диапазон напряжения этих конденсаторов составляет примерно от 120 В переменного тока (емкостные пускорегулирующие аппараты) до 100 кВ. ^[19]

• Силовые пленочные конденсаторы для применения в энергосистемах, электроустановках и установках.
• Силовой пленочный конденсатор для коррекции коэффициента мощности переменного тока (PFC), упакованный в цилиндрический металлический корпус

• Силовой пленочный конденсатор в прямоугольном корпусе

• Одна из нескольких батарей силовых пленочных конденсаторов для генерации магнитного поля на кольцевом ускорителе адрон -электронов ( HERA ), расположенном на территории DESY в Гамбурге.

• Конденсаторная батарея подстанции 75 МВАр на 150 кВ

Электролитические конденсаторы [ править ]

Электролитические конденсаторы имеют металлический анод, покрытый окисленным слоем, используемым в качестве диэлектрика. Второй электрод представляет собой нетвердый (влажный) или твердый электролит. Электролитические конденсаторы поляризованы. Доступны три семейства, разделенных на категории в зависимости от их диэлектрической проницаемости.

• Алюминиевые электролитические конденсаторы с оксидом алюминия в качестве диэлектрика
• Танталовые электролитические конденсаторы с пятиокиси тантала в качестве диэлектрика
• Ниобиевые электролитические конденсаторы с пятиокиси ниобия в качестве диэлектрика.

Анод имеет большую шероховатость для увеличения площади поверхности. Это и относительно высокая диэлектрическая проницаемость оксидного слоя дает этим конденсаторам очень высокую емкость на единицу объема по сравнению с пленочными или керамическими конденсаторами.

Диэлектрическая проницаемость пятиокиси тантала примерно в три раза выше, чем у оксида алюминия, что дает значительно меньшие компоненты. Однако диэлектрическая проницаемость определяет только размеры. Электрические параметры, особенно проводимость , определяются материалом и составом электролита. Используются три основных типа электролитов:

• нетвердые (влажные, жидкие) - проводимость приблизительно 10 мСм / см и являются самыми низкими затратами.
• твердый оксид марганца - проводимость около 100 мСм / см обеспечивает высокое качество и стабильность
• твердый проводящий полимер ( полипиррол или PEDOT: PSS ) - проводимость приблизительно 100 ... 500 См / см ^{[20] [21]} предлагает значения ESR менее 10 мОм.

Внутренние потери электролитических конденсаторов, обычно используемых для развязки и буферизации, определяются типом электролита.

Большая емкость на единицу объема электролитических конденсаторов делает их полезными в относительно сильноточных и низкочастотных электрических цепях , например, в фильтрах источника питания для развязки нежелательных компонентов переменного тока от силовых соединений постоянного тока или в качестве разделительных конденсаторов в усилителях звука, для прохождения или обхода. низкочастотные сигналы и накопление большого количества энергии. Относительно высокое значение емкости электролитического конденсатора в сочетании с очень низким ESR полимерного электролита полимерных конденсаторов , особенно в стиле SMD, делает их конкурентами микросхемным конденсаторам MLC в источниках питания персональных компьютеров.

Биполярные алюминиевые электролитические конденсаторы (также называемые неполяризованными конденсаторами) содержат две анодированные алюминиевые фольги, которые ведут себя как два последовательно соединенных конденсатора.

К электролитическим конденсаторам для специальных применений относятся пусковые конденсаторы двигателя ^[22], конденсаторы фонарей ^[23] и конденсаторы звуковой частоты. ^[24]

• Схематичное представление
• Схематическое изображение структуры намотанного алюминиевого электролитического конденсатора с нетвердым (жидким) электролитом

• Схематическое изображение структуры спеченного танталового электролитического конденсатора с твердым электролитом и контактирующими с катодом слоями

• Электролитические конденсаторы из алюминия, тантала и ниобия
• Осевые, радиальные (несимметричные) и V-образные алюминиевые электролитические конденсаторы

• Защелкивающиеся алюминиевые электролитические конденсаторы для силовых приложений

• Тип SMD для поверхностного монтажа алюминиевых электролитических конденсаторов с полимерным электролитом

• Танталовые электролитические чип-конденсаторы для поверхностного монтажа

Суперконденсаторы [ править ]

Суперконденсатор (СК) , ^[25] содержит семейство электрохимических конденсаторов . Ионистор, иногда называют ультраконденсатор является общим термином для конденсаторов с двойным электрическим слоем (EDLC), pseudocapacitors и гибридных конденсаторов. У них нет обычного твердого диэлектрика . Значение емкости электрохимического конденсатора определяется двумя принципами накопления, оба из которых вносят вклад в общую емкость конденсатора: ^{[26] [27] [28]}

• Емкость двойного слоя - накопление достигается разделением заряда в двойном слое Гельмгольца на границе между поверхностью проводника и раствором электролита. Расстояние разделения зарядов в двойном слое составляет порядка нескольких ангстрем (0,3–0,8  нм ). Этот накопитель имеет электростатическое происхождение. ^[1]
• Псевдоемкость - Хранение достигается за счет окислительно-восстановительных реакций , электросорбции или интеркаляции на поверхности электрода или за счет специально адсорбированных ионов, что приводит к обратимому фарадеевскому переносу заряда . Псевдоемкость имеет фарадеевское происхождение. ^[1]

Соотношение накопления, обусловленное каждым принципом, может сильно варьироваться в зависимости от конструкции электродов и состава электролита. Псевдоемкость может увеличить значение емкости на порядок величины по сравнению с двойным слоем самого по себе. ^[25]

В зависимости от конструкции электродов суперконденсаторы делятся на три семейства:

• Двухслойные конденсаторы - с угольными электродами или производными с гораздо большей статической емкостью двойного слоя, чем фарадеевская псевдоемкость.
• Псевдоконденсаторы - с электродами из оксидов металлов или проводящих полимеров с высокой фарадеевской псевдоемкостью.
• Гибридные конденсаторы - конденсаторы со специальными и асимметричными электродами, которые демонстрируют как значительную емкость двойного слоя, так и псевдоемкость, например литий-ионные конденсаторы.

Суперконденсаторы ликвидируют разрыв между обычными конденсаторами и аккумуляторными батареями . У них самые высокие доступные значения емкости на единицу объема и самая большая плотность энергии среди всех конденсаторов. Они поддерживают до 12 000 фарад / 1,2 В ^[29] при значениях емкости до 10 000 раз больше, чем у электролитических конденсаторов . ^[25] Хотя существующие суперконденсаторы имеют плотность энергии, которая составляет примерно 10% от обычной батареи, их удельная мощность обычно в 10-100 раз больше. Плотность мощности определяется как произведение плотности энергии, умноженное на скорость, с которой энергия передается в нагрузку.. Более высокая удельная мощность приводит к гораздо более коротким циклам зарядки / разрядки, чем способна батарея, и большей устойчивости к многочисленным циклам зарядки / разрядки. Это делает их подходящими для параллельного подключения к батареям и может улучшить характеристики батареи с точки зрения удельной мощности.

В электрохимических конденсаторах электролит представляет собой проводящее соединение между двумя электродами, что отличает их от электролитических конденсаторов, в которых электролит образует только катод, второй электрод.

Суперконденсаторы поляризованы и должны работать с правильной полярностью. Полярность контролируется конструкцией с асимметричными электродами или, для симметричных электродов, потенциалом, прикладываемым во время производственного процесса.

Суперконденсаторы поддерживают широкий спектр приложений, связанных с потреблением энергии и мощности, в том числе:

• Низкий ток питания в течение длительного времени для резервного копирования памяти ( SRAM ) в электронном оборудовании
• Силовая электроника, требующая очень короткого и сильного тока, как в системе KERS в автомобилях Формулы 1.
• Восстановление энергии торможения для транспортных средств, таких как автобусы и поезда

Суперконденсаторы редко взаимозаменяемы, особенно с более высокой плотностью энергии. Стандарт IEC 62391-1 Фиксированные электрические двухслойные конденсаторы для использования в электронном оборудовании определяет четыре класса применения:

• Класс 1, резервное копирование памяти, ток разряда в мА = 1 • C (F)
• Класс 2, накопитель энергии, ток разряда в мА = 0,4 • C (F) • V (В)
• Класс 3, мощность, ток разряда в мА = 4 • C (F) • V (В)
• Класс 4, мгновенная мощность, ток разряда в мА = 40 • C (F) • V (В)

Исключением для электронных компонентов, таких как конденсаторы, является множество различных торговых или серийных наименований суперконденсаторов, таких как: APowerCap, BestCap, BoostCap, CAP-XX, DLCAP, EneCapTen, EVerCAP, DynaCap, Faradcap, GreenCap, Goldcap, HY-CAP, конденсатор Kapton, Суперконденсатор, SuperCap, PAS Capacitor, PowerStor, PseudoCap, Ultracapacitor затрудняют пользователям классификацию этих конденсаторов.

• Двухслойные, литий-ионные и суперконденсаторы
• Двухслойный конденсатор на 1 Ф при 5,5 В для сохранения данных при отключенном питании.

• Литий-ионные конденсаторы радиального (несимметричного) типа для высокой плотности энергии

• Суперконденсаторы

Конденсаторы класса X и класса Y [ править ]

Многие правила техники безопасности требуют использования конденсаторов класса X или Y всякий раз, когда «отказ от короткого замыкания» может подвергнуть опасности людей, чтобы гарантировать гальваническую развязку даже при выходе из строя конденсатора.

Удары молнии и другие источники вызывают скачки напряжения в электросети. Конденсаторы безопасности защищают людей и устройства от скачков высокого напряжения, шунтируя энергию скачков напряжения на землю. ^[30]

В частности, правила техники безопасности мандат особой конструкции класс Х и класс Y сетей фильтрующих конденсаторов . ^[31]

В принципе, любой диэлектрик может быть использован для изготовления конденсаторов классов X и Y; возможно, за счет включения внутреннего предохранителя для повышения безопасности. ^{[32] [33] [34] [35]} На практике конденсаторы, соответствующие спецификациям класса X и Y, обычно представляют собой керамические конденсаторы для подавления радиочастотных / электромагнитных помех или пластиковые пленочные конденсаторы для подавления радиочастотных / электромагнитных помех .

Разные конденсаторы [ править ]

Помимо описанных выше конденсаторов, охватывающих более или менее почти весь рынок дискретных конденсаторов, в электронике можно найти некоторые новые разработки или конденсаторы очень специальных типов, а также более старые типы.

Интегрированные конденсаторы [ править ]

• Интегральные конденсаторы - в интегральных схемах наноразмерные конденсаторы могут быть сформированы с помощью соответствующих рисунков металлизации на изолирующей подложке. Они могут быть упакованы в несколько массивов конденсаторов без каких-либо других полупроводниковых частей в качестве дискретных компонентов. ^[36]
• Стеклянные конденсаторы. Первый конденсатор Leyden jar был сделан из стекла. С 2012 года ^{[Обновить]}стеклянные конденсаторы использовались как SMD-версия для приложений, требующих сверхнадежной и сверхстабильной работы.

Силовые конденсаторы [ править ]

• Вакуумные конденсаторы - используются в мощных ВЧ передатчиках.
• Конденсаторы, заполненные газом SF 6 - используются в качестве эталона емкости в измерительных мостовых схемах.

Специальные конденсаторы [ править ]

• Печатные платы - металлические проводящие области в разных слоях многослойной печатной платы могут действовать как высокостабильный конденсатор в фильтрах с распределенными элементами . Обычной отраслевой практикой является заполнение неиспользуемых областей одного слоя печатной платы заземляющим проводом, а другого слоя - проводником питания, образуя большой распределенный конденсатор между слоями.
• Проволока - 2 куска изолированного провода, скрученные вместе. Значения емкости обычно находятся в диапазоне от 3 пФ до 15 пФ. Используется в самодельных схемах УКВ для обратной связи по колебаниям.

Также существуют специализированные устройства, такие как встроенные конденсаторы с металлическими проводящими областями в разных слоях многослойной печатной платы и такие узлы, как скручивание вместе двух кусков изолированного провода.

Конденсаторы, изготовленные путем скручивания 2 кусков изолированного провода вместе, называются трюковыми конденсаторами. Конденсаторы Gimmick использовались в коммерческих и любительских радиоприемниках. ^{[37] [38] [39] [40] [41]}

Устаревшие конденсаторы [ править ]

• Лейденские банки самый ранний из известных конденсаторов
• Фиксированные слюдяные конденсаторы - первые конденсаторы со стабильной частотной характеристикой и низкими потерями, использовавшиеся для военных радиоприложений во время Второй мировой войны
• Конденсаторы с воздушным зазором - использовались в первых передатчиках с искровым разрядником.

• Разные конденсаторы
• Некоторые серебряные слюдяные конденсаторы номиналом 1 нФ × 500 В постоянного тока

• Вакуумный конденсатор с изоляцией из уранового стекла

Конденсаторы переменной емкости [ править ]

Емкость переменных конденсаторов может изменяться за счет механического движения. Как правило, необходимо различать две версии переменных конденсаторов.

• Настраивающий конденсатор - переменный конденсатор для преднамеренной и многократной настройки схемы генератора в радиоприемнике или другом настроенном контуре.
• Подстроечный конденсатор - небольшой переменный конденсатор, обычно для внутренней регулировки контура одноразового генератора.

К переменным конденсаторам относятся конденсаторы, в которых используется механическая конструкция для изменения расстояния между пластинами или величины перекрывающейся площади поверхности пластин. В качестве диэлектрической среды они чаще всего используют воздух.

Полупроводящие диоды с переменной емкостью не являются конденсаторами в смысле пассивных компонентов, но могут изменять свою емкость в зависимости от приложенного напряжения обратного смещения и используются как переменные конденсаторы. Они заменили большую часть настроечных и подстроечных конденсаторов.

• Конденсаторы переменной емкости
• Конденсатор настройки воздушного зазора

• Вакуумный настроечный конденсатор

• Подстроечный конденсатор для монтажа в сквозное отверстие

• Подстроечный конденсатор для поверхностного монтажа

Сравнение типов [ править ]

Электрические характеристики [ править ]

Последовательно-эквивалентная схема [ править ]

Дискретные конденсаторы отличаются от идеального конденсатора. Идеальный конденсатор только накапливает и выделяет электрическую энергию без рассеивания. Компоненты конденсатора имеют потери и паразитные индуктивные части. Эти недостатки материала и конструкции могут иметь положительные последствия, такие как линейная частота и температурные характеристики керамических конденсаторов класса 1. И наоборот, отрицательные последствия включают нелинейную, зависящую от напряжения емкость керамических конденсаторов класса 2 или недостаточную диэлектрическую изоляцию конденсаторов, приводящую к токам утечки.

Все свойства могут быть определены и указаны с помощью последовательной эквивалентной схемы, состоящей из идеализированной емкости и дополнительных электрических компонентов, которые моделируют все потери и индуктивные параметры конденсатора. В этой последовательно-эквивалентной схеме электрические характеристики определяются:

• C , емкость конденсатора
• R _insul , сопротивление изоляции диэлектрика, не путать с изоляцией корпуса.
• R _утечка , сопротивление, представляющее ток утечки конденсатора
• R _ESR , эквивалентное последовательное сопротивление, которое суммирует все омические потери конденсатора, обычно сокращенно «ESR».
• L _ESL , эквивалентная последовательная индуктивность, которая представляет собой эффективную самоиндуктивность конденсатора, обычно сокращенно «ESL».

Использование последовательной эквивалентной схемы вместо параллельной эквивалентной схемы указано в стандарте IEC / EN 60384-1.

Стандартные значения емкости и допуски [ править ]

Номинальная емкость C _R или номинальная емкость С _Н представляет собой значение , для которого конденсатор был разработан. Фактическая емкость зависит от измеренной частоты и температуры окружающей среды. Стандартные условия измерения - это низковольтный метод измерения переменного тока при температуре 20 ° C с частотой

• 100 кГц, 1 МГц (предпочтительно) или 10 МГц для неэлектролитических конденсаторов с C _R ≤ 1 нФ:
• 1 кГц или 10 кГц для неэлектролитических конденсаторов с 1 нФ <C _R ≤ 10 мкФ
• 100/120 Гц для электролитических конденсаторов
• 50/60 Гц или 100/120 Гц для неэлектролитических конденсаторов с C _R > 10 мкФ

Для суперконденсаторов применяется метод падения напряжения для измерения величины емкости. .

Конденсаторы доступны в геометрически увеличивающихся предпочтительных значениях ( стандарты серии E ), указанных в IEC / EN 60063. По количеству значений на декаду они были названы сериями E3, E6, E12, E24 и т. Д. Диапазон единиц, используемых для определения номиналов конденсаторов, расширился и теперь включает все: от пико- (пФ), нано- (нФ) и микрофарад (мкФ) до фарада (Ф). Миллифарад и килофарад - редкость.

Процент допустимого отклонения от номинального значения называется допуском . Фактическое значение емкости должно быть в пределах допуска или не соответствовать спецификации. IEC / EN 60062 определяет буквенный код для каждого допуска.

Требуемый допуск определяется конкретным приложением. Узкие допуски от E24 до E96 используются для высококачественных схем, таких как прецизионные генераторы и таймеры. Общие приложения, такие как некритические схемы фильтрации или связи, используют E12 или E6. Электролитические конденсаторы, которые часто используются для фильтрации и шунтирования конденсаторов, обычно имеют диапазон допуска ± 20% и должны соответствовать значениям серии E6 (или E3).

Температурная зависимость [ править ]

Емкость обычно зависит от температуры. Различные диэлектрики выражают большую разницу в температурной чувствительности. Температурный коэффициент выражается в миллионных долях (ppm) на градус Цельсия для керамических конденсаторов класса 1 или в% от общего диапазона температур для всех остальных.

Частотная зависимость [ править ]

Большинство типов дискретных конденсаторов имеют более или менее изменения емкости с увеличением частоты. Диэлектрическая прочность керамической и пластиковой пленки класса 2 уменьшается с увеличением частоты. Следовательно, их значение емкости уменьшается с увеличением частоты. Это явление для керамических диэлектриков класса 2 и пластиковых пленочных диэлектриков связано с диэлектрической релаксацией, при которой постоянная времени электрических диполей является причиной частотной зависимости диэлектрической проницаемости . На графиках ниже показано типичное частотное поведение емкости керамических и пленочных конденсаторов.

• Частотная зависимость емкости керамических и пленочных конденсаторов
• Частотная зависимость емкости керамических конденсаторов класса 2 (NP0, класс 1 для сравнения)

• Частотная зависимость емкости пленочных конденсаторов с разными пленочными материалами

В электролитических конденсаторах с нетвердым электролитом происходит механическое движение ионов . Их подвижность ограничена, так что на более высоких частотах не все области шероховатой структуры анода покрываются ионами, несущими заряд. Чем выше анодная структура становится шероховатой, тем больше значение емкости уменьшается с увеличением частоты. Низковольтные типы с сильно шероховатыми анодами отображают емкость на частоте 100 кГц примерно от 10 до 20% от значения, измеренного при 100 Гц.

Зависимость напряжения [ править ]

Емкость также может изменяться в зависимости от приложенного напряжения. Этот эффект более распространен в керамических конденсаторах класса 2. Диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектрического материала класса 2 зависит от приложенного напряжения. Более высокое приложенное напряжение снижает диэлектрическую проницаемость. Изменение емкости может упасть до 80% от значения, измеренного при стандартизированном измерительном напряжении 0,5 или 1,0 В. Такое поведение является небольшим источником нелинейности в фильтрах с низким уровнем искажений и других аналоговых приложениях. В аудиоприложениях это может вызвать искажение (измерено с помощью THD ).

Пленочные конденсаторы и электролитические конденсаторы не имеют значительной зависимости от напряжения.

• Зависимость емкости от напряжения для некоторых керамических конденсаторов класса 2
• Упрощенная диаграмма изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения для конденсаторов 25 В из различных марок керамики.

• Упрощенная диаграмма изменения емкости в зависимости от приложенного напряжения для керамики X7R с различным номинальным напряжением

Номинальное и категория напряжения [ править ]

Напряжение, при котором диэлектрик становится проводящим, называется напряжением пробоя и определяется как произведение электрической прочности диэлектрика и расстояния между электродами. Электрическая прочность зависит от температуры, частоты, формы электродов и т. Д. Поскольку пробой конденсатора обычно является коротким замыканием и разрушает компонент, рабочее напряжение ниже, чем напряжение пробоя. Рабочее напряжение указывается таким образом, чтобы напряжение могло подаваться непрерывно в течение всего срока службы конденсатора.

В IEC / EN 60384-1 допустимое рабочее напряжение называется «номинальным напряжением» или «номинальным напряжением». Номинальное напряжение (UR) - это максимальное напряжение постоянного тока или пиковое импульсное напряжение, которое может применяться непрерывно при любой температуре в пределах номинального диапазона температур.

Устойчивость к напряжению почти всех конденсаторов снижается с повышением температуры. Для некоторых приложений требуется более высокий температурный диапазон. Снижение напряжения, подаваемого при более высокой температуре, сохраняет запас прочности. Поэтому для некоторых типов конденсаторов в стандарте IEC указано второе «температурное снижение номинального напряжения» для более высокого диапазона температур, «категория напряжения». Напряжение категории (UC) - это максимальное напряжение постоянного тока или пиковое импульсное напряжение, которое может непрерывно подаваться на конденсатор при любой температуре в пределах диапазона температур категории.

Соотношение между напряжениями и температурами показано на рисунке справа.

Импеданс [ править ]

В общем, конденсатор рассматривается как компонент хранения электроэнергии. Но это только одна функция конденсатора. Конденсатор также может действовать как резистор переменного тока . Во многих случаях конденсатор используется в качестве развязывающего конденсатора для фильтрации или обхода нежелательных смещенных частот переменного тока на землю. В других приложениях используются конденсаторы для емкостной связи сигналов переменного тока; диэлектрик используется только для блокировки постоянного тока. Для таких приложений сопротивление переменному току так же важно, как и значение емкости.

Частотно-зависимое сопротивление переменному току называется импедансом и представляет собой комплексное отношение напряжения к току в цепи переменного тока. Импеданс расширяет понятие сопротивления до цепей переменного тока и имеет как величину, так и фазу на определенной частоте. В этом отличие от сопротивления, которое имеет только величину.${\ displaystyle \ scriptstyle Z}$

${\ Displaystyle \ Z = | Z | е ^ {j \ theta}}$

Величина представляет собой отношение амплитуды разности напряжений к амплитуде тока, является мнимой единицей , а аргумент дает разность фаз между напряжением и током.${\ Displaystyle \ scriptstyle | Z |}$${\ displaystyle \ scriptstyle j}$${\ Displaystyle \ scriptstyle \ theta}$

В технических паспортах конденсаторов только величина импеданса | Z | указывается и записывается просто как "Z", так что формулу для импеданса можно записать в декартовой форме

${\ Displaystyle \ Z = R + jX}$

где действительная часть импеданса - это сопротивление (для конденсаторов ), а мнимая часть - реактивное сопротивление .${\ displaystyle \ scriptstyle R}$${\ displaystyle \ scriptstyle ESR}$ ${\displaystyle \scriptstyle X}$

Как показано на схеме последовательного замещения конденсатора, реальный компонент включает идеальный конденсатор , индуктивность и резистор . Всего реактивного сопротивления при угловой частоте , следовательно , определяется геометрической (комплексной) добавлением емкостного сопротивления ( Емкость ) и индуктивное сопротивление ( Индуктивность ): .${\displaystyle C}$${\displaystyle L(ESL)}$${\displaystyle R(ESR)}$${\displaystyle \omega }$${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$

Чтобы рассчитать импеданс, сопротивление должно быть геометрически сложено и получено как${\displaystyle \scriptstyle Z}$${\displaystyle Z}$

${\displaystyle Z={\sqrt {{ESR}^{2}+(X_{\mathrm {C} }+(-X_{\mathrm {L} }))^{2}}}}$. Импеданс - это мера способности конденсатора пропускать переменный ток. В этом смысле импеданс можно использовать как закон Ома.

${\displaystyle Z={\frac {\hat {u}}{\hat {\imath }}}={\frac {U_{\mathrm {eff} }}{I_{\mathrm {eff} }}}.}$

для расчета пикового или действующего значения тока или напряжения.

В частном случае резонанса , когда оба реактивных сопротивления

${\displaystyle X_{C}=-{\frac {1}{\omega C}}}$ и ${\displaystyle X_{L}=\omega L_{\mathrm {ESL} }}$

имеют одинаковое значение ( ), тогда импеданс будет определяться только по .${\displaystyle X_{C}=X_{L}}$${\displaystyle {ESR}}$

Импеданс, указанный в таблицах данных, часто показывает типичные кривые для различных значений емкости. С увеличением частоты сопротивление уменьшается до минимума. Чем ниже импеданс, тем легче пропускать переменные токи через конденсатор. В вершине , точке резонанса, где XC имеет то же значение, что и XL, конденсатор имеет наименьшее значение импеданса. Здесь только ESR определяет импеданс. С частотами выше резонанса сопротивление снова увеличивается из-за ESL конденсатора. Конденсатор становится индуктивностью.

Как показано на графике, более высокие значения емкости могут лучше соответствовать более низким частотам, в то время как более низкие значения емкости могут лучше соответствовать более высоким частотам.

Алюминиевые электролитические конденсаторы обладают относительно хорошими развязывающими свойствами в нижнем диапазоне частот до примерно 1 МГц из-за их больших значений емкости. Это причина использования электролитических конденсаторов в стандартных или импульсных источниках питания за выпрямителем для сглаживания.

Керамические и пленочные конденсаторы уже вышли из своих меньших значений емкости, подходящих для более высоких частот до нескольких 100 МГц. Они также имеют значительно более низкую паразитную индуктивность, что делает их пригодными для высокочастотных применений из-за их конструкции с контактом торцевой поверхности электродов. Для увеличения диапазона частот часто электролитический конденсатор подключают параллельно керамическому или пленочному конденсатору. ^[47]

Многие новые разработки направлены на снижение паразитной индуктивности (ESL). Это увеличивает резонансную частоту конденсатора и, например, может соответствовать постоянно увеличивающейся скорости переключения цифровых схем. Миниатюризация, особенно в многослойных керамических чип-конденсаторах SMD ( MLCC ), увеличивает резонансную частоту. Паразитная индуктивность дополнительно снижается за счет размещения электродов на продольной стороне чипа, а не на боковой стороне. Конструкция «лицом вниз», связанная с многоанодной технологией в танталовых электролитических конденсаторах, дополнительно снижает ESL. Семейства конденсаторов, такие как так называемые МОП-конденсаторы или кремниевые конденсаторы, предлагают решения, когда требуются конденсаторы с частотами до диапазона ГГц.

Индуктивность (ESL) и собственная резонансная частота [ править ]

ESL в промышленных конденсаторах в основном вызывается выводами и внутренними соединениями, используемыми для подключения пластин конденсатора к внешнему миру. У больших конденсаторов, как правило, выше ESL, чем у маленьких, потому что расстояния до пластины больше, и каждый миллиметр считается индуктивностью.

Для любого дискретного конденсатора существует частота выше постоянного тока, при которой он перестает вести себя как чистый конденсатор. Эта частота, где она равна , называется собственной резонансной частотой. Саморезонансная частота - это самая низкая частота, на которой импеданс проходит через минимум. Для любого приложения переменного тока собственная резонансная частота - это самая высокая частота, на которой конденсаторы могут использоваться в качестве емкостного компонента.${\displaystyle X_{C}}$${\displaystyle X_{L}}$

Это критически важно для развязки высокоскоростных логических схем от источника питания. Конденсатор развязки подает на микросхему переходный ток. Без развязок ИС требует тока быстрее, чем подключение к источнику питания может обеспечить его, поскольку части схемы быстро включаются и выключаются. Чтобы противостоять этой потенциальной проблеме, в схемах часто используются несколько байпасных конденсаторов - небольшие (100 нФ или меньше) конденсаторы, рассчитанные на высокие частоты, большой электролитический конденсатор, рассчитанный на более низкие частоты, и иногда конденсатор промежуточного значения.

Омические потери, ESR, коэффициент рассеяния и добротность [ править ]

Суммарные потери в дискретных конденсаторах представляют собой омические потери переменного тока . Потери постоянного тока определяются как « ток утечки » или «сопротивление изоляции» и пренебрежимо малы для спецификации переменного тока. Потери переменного тока нелинейны, возможно, в зависимости от частоты, температуры, возраста или влажности. Убытки возникают из-за двух физических условий:

• линейные потери, включая внутренние сопротивления питающей линии, контактное сопротивление контакта электрода, линейное сопротивление электродов, а также в «мокрых» алюминиевых электролитических конденсаторах и особенно суперконденсаторах ограниченную проводимость жидких электролитов и
• диэлектрические потери от диэлектрической поляризации .

Наибольшую долю этих потерь в конденсаторах большей емкости обычно составляют омические диэлектрические потери, зависящие от частоты. Для более мелких компонентов, особенно для влажных электролитических конденсаторов, проводимость жидких электролитов может превышать диэлектрические потери. Для измерения этих потерь необходимо установить частоту измерения. Поскольку коммерчески доступные компоненты предлагают значения емкости, охватывающие 15 порядков величины, в диапазоне от пФ (10 ^-12  Ф) до примерно 1000 Ф в суперконденсаторах, невозможно охватить весь диапазон с помощью только одной частоты. В стандарте IEC 60384-1 указано, что омические потери следует измерять на той же частоте, которая используется для измерения емкости. Это:

• 100 кГц, 1 МГц (предпочтительно) или 10 МГц для неэлектролитических конденсаторов с C _R ≤ 1 нФ:
• 1 кГц или 10 кГц для неэлектролитических конденсаторов с 1 нФ <C _R ≤ 10 мкФ
• 100/120 Гц для электролитических конденсаторов
• 50/60 Гц или 100/120 Гц для неэлектролитических конденсаторов с C _R > 10 мкФ

Суммарные резистивные потери конденсатора могут быть указаны либо как ESR, как коэффициент рассеяния (DF, tan δ), либо как коэффициент качества (Q), в зависимости от требований приложения.

Конденсаторы с более высокими  нагрузками пульсаций тока , такие как электролитические конденсаторы, имеют эквивалентное последовательное сопротивление ESR. ESR может быть показано как омическая часть на приведенной выше векторной диаграмме. Значения ESR указаны в таблицах для каждого отдельного типа.${\displaystyle I_{R}}$

Потери пленочных конденсаторов и некоторых керамических конденсаторов класса 2 в основном определяются с помощью коэффициента рассеяния tan δ. Эти конденсаторы имеют меньшие потери, чем электролитические конденсаторы, и в основном используются на более высоких частотах до нескольких сотен МГц. Однако числовое значение коэффициента рассеяния, измеренного на той же частоте, не зависит от значения емкости и может быть указано для серии конденсаторов с диапазоном емкости. Коэффициент рассеяния определяется как тангенс реактивного сопротивления ( ) и ESR, и может быть показан как угол δ между воображаемой осью и осью импеданса.${\displaystyle X_{C}-X_{L}}$

Если индуктивность  мала, коэффициент рассеяния можно приблизительно рассчитать как:${\displaystyle ESL}$

${\displaystyle \tan \delta =ESR\cdot \omega C}$

Конденсаторы с очень низкими потерями, такие как керамические конденсаторы класса 1 и класса 2, определяют резистивные потери с добротностью (Q). Керамические конденсаторы класса 1 особенно подходят для LC-резонансных контуров с частотами до диапазона ГГц и точных фильтров высоких и низких частот. Для электрически резонансной системы Q представляет эффект электрического сопротивления и характеризует полосу пропускания резонатора относительно его центральной или резонансной частоты . Q определяется как величина, обратная коэффициенту рассеяния.${\displaystyle B}$${\displaystyle f_{0}}$

${\displaystyle Q={\frac {1}{\tan \delta }}={\frac {f_{0}}{B}}\ }$

Высокое значение добротности для резонансных контуров является признаком качества резонанса.

Ограничение текущих нагрузок [ править ]

Конденсатор может действовать как резистор переменного тока, связывая переменное напряжение и переменный ток между двумя точками. Каждый переменный ток, протекающий через конденсатор, генерирует тепло внутри корпуса конденсатора. Эти потери мощности рассеяния вызваны и являются квадратом эффективного (RMS) тока.${\displaystyle P}$${\displaystyle ESR}$${\displaystyle I}$

${\displaystyle P=I^{2}\cdot ESR}$

Те же потери мощности можно записать с коэффициентом рассеяния как${\displaystyle \tan \delta }$

${\displaystyle P={\frac {U^{2}\cdot \tan \delta }{2\pi f\cdot C}}}$

Вырабатываемое внутри тепло должно передаваться в окружающую среду. Температура конденсатора, устанавливаемая на основе баланса между производимым и распределенным теплом, не должна превышать максимально допустимую температуру конденсатора. Следовательно, ESR или коэффициент рассеяния - это отметка максимальной мощности (нагрузка переменного тока, ток пульсации, импульсная нагрузка и т. Д.), Для которой указан конденсатор.

Переменные токи могут быть:

• пульсирующий ток - эффективный (RMS) переменный ток, возникающий из переменного напряжения, наложенного на смещение постоянного тока,
• импульсный ток - пиковый ток переменного тока, исходящий от пика напряжения или
• Переменный ток - эффективный (среднеквадратичный) синусоидальный ток.

Пульсации и токи переменного тока в основном нагревают корпус конденсатора. Благодаря этим токам внутренняя температура влияет на напряжение пробоя диэлектрика. Более высокая температура снижает напряжение всех конденсаторов. В мокрых электролитических конденсаторах более высокие температуры вызывают испарение электролитов, сокращая срок службы конденсаторов. В пленочных конденсаторах более высокие температуры могут привести к усадке пластиковой пленки, изменяющей свойства конденсатора.

Импульсные токи, особенно в металлизированных пленочных конденсаторах, нагревают контактные поверхности между торцевым напылением (schoopage) и металлизированными электродами. Это может уменьшить контакт с электродами, увеличивая коэффициент рассеяния.

Для безопасной работы максимальная температура, создаваемая любым переменным током, протекающим через конденсатор, является ограничивающим фактором, который, в свою очередь, ограничивает нагрузку переменного тока, ток пульсаций, импульсную нагрузку и т. Д.

Пульсация тока [ править ]

«Пульсирующий ток» - это среднеквадратичное значение наложенного переменного тока любой частоты и любой формы кривой тока для непрерывной работы при заданной температуре. Он возникает в основном в источниках питания (включая импульсные источники питания ) после выпрямления переменного напряжения и протекает в виде тока заряда и разряда через развязывающий или сглаживающий конденсатор. «Номинальный пульсирующий ток» не должен превышать повышение температуры на 3, 5 или 10 ° C, в зависимости от типа конденсатора, при указанной максимальной температуре окружающей среды.

Пульсации тока генерируют тепло внутри корпуса конденсатора из-за ESR конденсатора. Составляющими ESR конденсатора являются: диэлектрические потери, вызванные изменением напряженности поля в диэлектрике, сопротивление проводника питания и сопротивление электролита. Для конденсатора с двойным электрическим слоем (ELDC) эти значения сопротивления могут быть получены из графика Найквиста комплексного импеданса конденсатора. ^[51]

СОЭ зависит от частоты и температуры. Для керамических и пленочных конденсаторов, как правило, ESR уменьшается с повышением температуры, но возрастает с увеличением частоты из-за увеличения диэлектрических потерь. Для электролитических конденсаторов с частотой примерно до 1 МГц ESR уменьшается с увеличением частоты и температуры.

Типы конденсаторов, используемых для силовых приложений, имеют указанное номинальное значение для максимального тока пульсаций. В основном это алюминиевые электролитические конденсаторы и тантал, а также некоторые пленочные конденсаторы и керамические конденсаторы класса 2.

Алюминиевые электролитические конденсаторы, наиболее распространенный тип для источников питания, имеют более короткий срок службы при более высоких токах пульсаций. Превышение предела может привести к взрывному отказу.

Танталовые электролитические конденсаторы с твердым электролитом из диоксида марганца также ограничены током пульсаций. Превышение их пределов пульсации приводит к короткому замыканию и возгоранию компонентов.

Для пленочных и керамических конденсаторов, обычно указываемых с коэффициентом потерь tan δ, предел пульсаций тока определяется повышением температуры в корпусе приблизительно на 10 ° C. Превышение этого предела может разрушить внутреннюю структуру и вызвать короткое замыкание.

Импульсный ток [ править ]

Номинальная импульсная нагрузка для определенного конденсатора ограничена номинальным напряжением, частотой повторения импульсов, температурным диапазоном и временем нарастания импульса. «Время нарастания импульса» представляет собой самый крутой градиент напряжения импульса (время нарастания или спада) и выражается в вольтах на мкс (В / мкс).${\displaystyle dv/dt}$

Номинальное время нарастания импульса также косвенно является максимальной допустимой пиковой силой тока . Пиковый ток определяется как:${\displaystyle I_{p}}$

${\displaystyle I_{p}=C\cdot dv/dt}$

где: находится в А; в мкФ; в В / мкс${\displaystyle I_{p}}$${\displaystyle C}$${\displaystyle dv/dt}$

Допустимая емкость по импульсному току металлизированного пленочного конденсатора обычно допускает повышение внутренней температуры от 8 до 10 К.

В случае металлизированных пленочных конденсаторов импульсная нагрузка зависит от свойств диэлектрического материала, толщины металлизации и конструкции конденсатора, особенно от конструкции контактных площадок между торцевым распылителем и металлизированными электродами. Высокие пиковые токи могут привести к селективному перегреву локальных контактов между торцевым распылителем и металлизированными электродами, что может разрушить некоторые контакты, что приведет к увеличению ESR.

Для металлизированных пленочных конденсаторов так называемые импульсные испытания имитируют импульсную нагрузку, которая может возникнуть во время применения, в соответствии со стандартной спецификацией. IEC 60384, часть 1, определяет, что испытательная цепь периодически заряжается и разряжается. Испытательное напряжение соответствует номинальному постоянному напряжению, испытание состоит из 10000 импульсов с частотой повторения 1 Гц. Нагрузочная способность импульса - это время нарастания импульса. Номинальное время нарастания импульса указано как 1/10 времени нарастания тестового импульса.

Импульсную нагрузку необходимо рассчитывать для каждого приложения. Общее правило для расчета допустимой мощности пленочных конденсаторов недоступно из-за деталей внутренней конструкции, связанных с производителями. Чтобы предотвратить перегрев конденсатора, необходимо учитывать следующие рабочие параметры:

• пиковый ток на мкФ
• Время нарастания или спада импульса dv / dt в В / мкс
• относительная длительность периодов заряда и разряда (форма импульса)
• максимальное импульсное напряжение (пиковое напряжение)
• пиковое обратное напряжение;
• Частота повторения импульса
• Температура окружающей среды
• Отвод тепла (охлаждение)

Для импульсного напряжения ниже номинального допустимое время нарастания импульса.

Примеры расчета индивидуальных импульсных нагрузок приводятся многими производителями, например, WIMA ^[52] и Kemet. ^[53]

Переменный ток [ править ]

Нагрузка переменного тока может быть приложена только к неполяризованному конденсатору. Конденсаторы для приложений переменного тока - это в первую очередь пленочные конденсаторы, конденсаторы из металлизированной бумаги, керамические конденсаторы и биполярные электролитические конденсаторы.

Номинальная нагрузка переменного тока для конденсатора переменного тока - это максимальный эффективный синусоидальный переменный ток (среднеквадратичное значение), который может непрерывно подаваться на конденсатор в указанном диапазоне температур. В технических данных нагрузка переменного тока может быть выражена как

• номинальное переменное напряжение на низких частотах,
• номинальная реактивная мощность на промежуточных частотах,
• пониженное переменное напряжение или номинальный переменный ток на высоких частотах.

Номинальное напряжение переменного тока для пленочных конденсаторов обычно рассчитывается таким образом, чтобы повышение внутренней температуры от 8 до 10 ° K было допустимым пределом для безопасной работы. Поскольку диэлектрические потери увеличиваются с увеличением частоты, указанное напряжение переменного тока должно снижаться на более высоких частотах. В технических описаниях пленочных конденсаторов указаны специальные кривые для снижения номинального напряжения переменного тока на более высоких частотах.

Если пленочные или керамические конденсаторы рассчитаны только на постоянный ток, пиковое значение приложенного переменного напряжения должно быть ниже указанного постоянного напряжения.

Нагрузки переменного тока могут возникать в конденсаторах двигателя переменного тока, для удвоения напряжения, в демпферах , балласте освещения и в PFC для фазового сдвига для повышения стабильности и эффективности передающей сети, что является одним из наиболее важных приложений для мощных конденсаторов большой мощности. Эти конденсаторы, в основном, из полипропиленовой пленки или металлизированной бумаги, ограничены номинальной реактивной мощностью VAr.

Биполярные электролитические конденсаторы, к которым может применяться переменное напряжение, имеют номинальный ток пульсации.

Сопротивление изоляции и постоянная саморазряда [ править ]

Сопротивление диэлектрика конечно, что приводит к некоторому уровню постоянного «тока утечки», который заставляет заряженный конденсатор со временем терять заряд. Для керамических и пленочных конденсаторов это сопротивление называется «сопротивлением изоляции R _ins ». Это сопротивление представлено резистором R _{ins, включенным} параллельно конденсатору в эквивалентной цепи конденсаторов. Не следует путать сопротивление изоляции с внешней изоляцией компонента от окружающей среды.

График саморазряда по сопротивлению изоляции при уменьшении напряжения на конденсаторе подчиняется формуле

${\displaystyle u(t)=U_{0}\cdot \mathrm {e} ^{-t/\tau _{\mathrm {s} }},}$

С сохраненным постоянным напряжением  и постоянной саморазрядом${\displaystyle U_{0}}$

${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }=R_{\mathrm {ins} }\cdot C}$

Таким образом, после  падения  напряжения до 37% от начального значения.${\displaystyle \tau _{\mathrm {s} }\,}$${\displaystyle U_{0}}$

Постоянная саморазряда - важный параметр для изоляции диэлектрика между электродами керамических и пленочных конденсаторов. Например, конденсатор можно использовать в качестве компонента определения времени для реле времени или для хранения значения напряжения, как в схемах выборки и хранения или операционных усилителях .

Керамические конденсаторы класса 1 имеют сопротивление изоляции не менее 10 ГОм, а конденсаторы класса 2 имеют не менее 4 ГОм или постоянную саморазряда не менее 100 с. Конденсаторы с пластиковой пленкой обычно имеют сопротивление изоляции от 6 до 12 ГОм. Это соответствует конденсаторам в диапазоне мкФ с постоянной саморазряда около 2000–4000 с. ^[54]

Сопротивление изоляции или постоянная саморазряда могут быть уменьшены, если влага проникает в обмотку. Он частично сильно зависит от температуры и уменьшается с повышением температуры. Оба уменьшаются с повышением температуры.

В электролитических конденсаторах сопротивление изоляции определяется как ток утечки.

Ток утечки [ править ]

общие характеристики утечки электролитических конденсаторов: ток утечки как функция времени в зависимости от типа электролита${\displaystyle I_{leak}}$${\displaystyle t}$

  нетвердый, с высоким содержанием воды

  нетвердый, органический

  твердый, полимерный

Для электролитических конденсаторов сопротивление изоляции диэлектрика называется «током утечки». Этот постоянный ток представлен _{утечкой} резистора R параллельно конденсатору в эквивалентной цепи электролитических конденсаторов. Это сопротивление между выводами конденсатора также конечно. _Утечка R у электролитиков ниже, чем у керамических или пленочных конденсаторов.

Ток утечки включает в себя все слабые дефекты диэлектрика, вызванные нежелательными химическими процессами и механическими повреждениями. Это также постоянный ток, который может проходить через диэлектрик после приложения напряжения. Это зависит от интервала без приложенного напряжения (время хранения), термической нагрузки от пайки, от приложенного напряжения, от температуры конденсатора и от времени измерения.

Ток утечки падает в первые минуты после подачи постоянного напряжения. В этот период диэлектрический оксидный слой может самовосстановиться за счет создания новых слоев. Требуемое время обычно зависит от электролита. Твердые электролиты падают быстрее, чем нетвердые электролиты, но остаются на несколько более высоком уровне.

Ток утечки в нетвердых электролитических конденсаторах, а также в твердотельных танталовых конденсаторах из оксида марганца уменьшается со временем включения напряжения из-за эффектов самовосстановления. Хотя ток утечки электролитов выше, чем ток, протекающий через сопротивление изоляции в керамических или пленочных конденсаторах, саморазряд современных нетвердых электролитических конденсаторов занимает несколько недель.

Особая проблема электролитических конденсаторов - время хранения. Более высокий ток утечки может быть результатом более длительного хранения. Такое поведение ограничивается электролитами с высоким процентным содержанием воды. Органические растворители, такие как GBL , не имеют высокой утечки при более длительном хранении.

Ток утечки обычно измеряется через 2 или 5 минут после подачи номинального напряжения.

Микрофоника [ править ]

Все сегнетоэлектрические материалы обладают пьезоэлектрическим эффектом . Поскольку в керамических конденсаторах класса 2 используется сегнетоэлектрический керамический диэлектрик, эти типы конденсаторов могут иметь электрические эффекты, называемые микрофонными . Микрофоника (микрофония) описывает, как электронные компоненты преобразуют механические колебания в нежелательный электрический сигнал ( шум ). ^[55] Диэлектрик может поглощать механические силы от ударов или вибрации, изменяя толщину и расстояние между электродами, влияя на емкость, которая, в свою очередь, индуцирует переменный ток. Возникающие в результате помехи особенно опасны в аудиоприложениях, потенциально вызывая обратную связь или непреднамеренную запись.

В обратном микрофонном эффекте изменение электрического поля между пластинами конденсатора оказывает физическую силу, превращая их в звуковой динамик. Сильноточные импульсные нагрузки или сильные токи пульсации могут генерировать слышимый звук от самого конденсатора, истощая энергию и подвергая диэлектрик нагрузке. ^[56]

Диэлектрическая абсорбция (пропитка) [ править ]

Диэлектрическое поглощение происходит, когда конденсатор, который оставался заряженным в течение длительного времени, разряжается только частично при кратковременном разряде. Хотя идеальный конденсатор достигнет нуля вольт после разряда, реальные конденсаторы вырабатывают небольшое напряжение из-за дипольного разряда с задержкой по времени, явление, которое также называется диэлектрической релаксацией , «замачиванием» или «действием батареи».

Во многих применениях конденсаторов диэлектрическое поглощение не является проблемой, но в некоторых приложениях, таких как интеграторы с длительной постоянной времени , схемы выборки и хранения , аналого-цифровые преобразователи с переключаемыми конденсаторами и фильтры с очень низким уровнем искажений , конденсатор не должен восстанавливать остаточный заряд после полной разрядки, поэтому требуются конденсаторы с низким потреблением энергии. ^[59] Напряжение на выводах, создаваемое диэлектрической абсорбцией, в некоторых случаях может вызвать проблемы в работе электронной схемы или может представлять угрозу безопасности персонала. Для предотвращения ударов большинство очень больших конденсаторов поставляются с закорачивающими проводами, которые необходимо удалить перед использованием.^[60]

Плотность энергии [ править ]

Значение емкости зависит от материала диэлектрика (ε), поверхности электродов (A) и расстояния (d), разделяющего электроды, и определяется формулой пластинчатого конденсатора:

${\displaystyle C\approx {\frac {\varepsilon A}{d}}}$

Разделение электродов и доказательство напряжения диэлектрического материала определяют напряжение пробоя конденсатора. Напряжение пробоя пропорционально толщине диэлектрика.

Теоретически даны два конденсатора с одинаковыми механическими размерами и диэлектриком, но один из них имеет половину толщины диэлектрика. При тех же размерах внутри можно было разместить вдвое большую площадь параллельных пластин. Этот конденсатор теоретически имеет в 4 раза большую емкость, чем первый конденсатор, но вдвое меньше, чем напряжение.

Поскольку плотность энергии, запасенной в конденсаторе, определяется выражением:

${\displaystyle E_{\mathrm {stored} }={\frac {1}{2}}CV^{2},}$

таким образом, конденсатор, толщина диэлектрика которого вдвое меньше, чем у другого, имеет в 4 раза большую емкость, но выдерживает напряжение ½, что дает одинаковую максимальную плотность энергии.

Следовательно, толщина диэлектрика не влияет на плотность энергии в конденсаторе фиксированных габаритных размеров. Использование нескольких толстых слоев диэлектрика может поддерживать высокое напряжение, но низкую емкость, в то время как тонкие слои диэлектрика создают низкое напряжение пробоя, но более высокую емкость.

Это предполагает, что ни поверхности электродов, ни диэлектрическая проницаемость диэлектрика не изменяются в зависимости от напряжения. Простое сравнение с двумя существующими сериями конденсаторов может показать, соответствует ли реальность теории. Сравнение легко, потому что производители используют стандартные размеры корпусов или коробок для разных значений емкости / напряжения в серии.

На самом деле современные серии конденсаторов не укладываются в теорию. Для электролитических конденсаторов губчатая шероховатая поверхность анодной фольги становится более гладкой при повышении напряжения, уменьшая площадь поверхности анода. Но поскольку энергия увеличивается в квадрате с напряжением, а поверхность анода уменьшается меньше, чем доказано напряжением, плотность энергии явно увеличивается. Для пленочных конденсаторов диэлектрическая проницаемость изменяется в зависимости от толщины диэлектрика и других механических параметров, поэтому отклонение от теории имеет другие причины. ^[63]

Сравнение конденсаторов из таблицы с суперконденсатором, семейством конденсаторов с самой высокой плотностью энергии. Для этого используется конденсатор 25 Ф / 2,3 В с размерами D × H = 16 мм × 26 мм от Maxwell HC Series, по сравнению с электролитическим конденсатором примерно такого же размера в таблице. Этот суперконденсатор имеет примерно в 5000 раз большую емкость, чем электролитический конденсатор 4700/10, но напряжения и примерно 66000 мВт (0,018 Втч) запасенной электрической энергии ^{[64], что} примерно в 100 раз выше плотности энергии (от 40 до 280 раз), чем электролитический конденсатор.

Длительное поведение, старение [ править ]

Электрические параметры конденсаторов могут изменяться со временем во время хранения и применения. Причины изменения параметров различны, это может быть свойство диэлектрика, влияние окружающей среды, химические процессы или эффекты высыхания нетвердых материалов.

Старение [ править ]

В сегнетоэлектрических керамических конденсаторах класса 2 емкость со временем уменьшается. Такое поведение называется «старением». Это старение происходит в сегнетоэлектрических диэлектриках, где области поляризации в диэлектрике вносят вклад в общую поляризацию. Деградация поляризованных доменов в диэлектрике со временем снижает диэлектрическую проницаемость и, следовательно, емкость. ^{[65] [66]}Старение происходит по логарифмическому закону. Это определяет уменьшение емкости как постоянный процент в течение десяти лет после времени восстановления после пайки при определенной температуре, например, в период от 1 до 10 часов при 20 ° C. Поскольку закон является логарифмическим, процент потери емкости будет вдвое в диапазоне от 1 часа до 100 часов и в 3 раза в диапазоне от 1 часа до 1000 часов и так далее. Старение происходит быстрее всего в начале, а абсолютное значение емкости со временем стабилизируется.

Скорость старения керамических конденсаторов класса 2 в основном зависит от материалов, из которых они изготовлены. Как правило, чем выше температурная зависимость керамики, тем выше процент старения. Типичное старение керамических конденсаторов X7R составляет около 2,5% за десятилетие. ^[67] Скорость старения керамических конденсаторов Z5U значительно выше и может составлять до 7% за десятилетие.

Процесс старения керамических конденсаторов класса 2 можно обратить вспять, нагревая компонент выше точки Кюри .

Керамические конденсаторы и пленочные конденсаторы класса 1 не имеют старения, связанного с сегнетоэлектриками. Влияние окружающей среды, такое как более высокая температура, высокая влажность и механическое напряжение, может в течение более длительного периода привести к небольшому необратимому изменению значения емкости, которое также иногда называется старением.

Изменение емкости для керамических конденсаторов P 100 и N 470 класса 1 менее 1%, для конденсаторов с керамическими N 750 до N 1500 - ≤ 2%. Пленочные конденсаторы могут терять емкость из-за процессов самовосстановления или увеличиваться из-за влияния влажности. Типичные изменения в течение 2 лет при 40 ° C составляют, например, ± 3% для пленочных конденсаторов из полиэтилена и ± 1% для пленочных конденсаторов из полипропилена.

Срок службы [ править ]

Электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом стареют по мере испарения электролита. Это испарение зависит от температуры и токовой нагрузки, которую испытывают конденсаторы. Утечка электролита влияет на емкость и СОЭ. Емкость уменьшается, а СОЭ со временем увеличивается. В отличие от керамических, пленочных и электролитических конденсаторов с твердыми электролитами, «мокрые» электролитические конденсаторы достигают указанного «конца срока службы», достигая указанного максимального изменения емкости или ESR. Конец срока службы, «ресурс нагрузки» или «срок службы» можно оценить по формуле или диаграммам ^[68]или примерно по так называемому «закону 10 степеней». Типичная спецификация электролитического конденсатора указывает срок службы 2000 часов при 85 ° C, удваиваясь на каждые 10 градусов ниже температуры, достигая срока службы примерно 15 лет при комнатной температуре.

В суперконденсаторах также со временем происходит испарение электролита. Оценка аналогична мокрым электролитическим конденсаторам. Помимо температуры, на срок службы влияют напряжение и токовая нагрузка. Более низкое напряжение, чем номинальное, и более низкие токовые нагрузки, а также более низкая температура продлевают срок службы.

Частота отказов [ править ]

Конденсаторы - это надежные компоненты с низкой интенсивностью отказов , срок службы которых в нормальных условиях составляет десятилетия. Большинство конденсаторов проходят испытание в конце производства, подобное « приработке », так что ранние отказы обнаруживаются во время производства, что сокращает количество отказов после отгрузки.

Надежность конденсаторов обычно указывается в количестве отказов во времени (FIT) в течение периода постоянных случайных отказов. FIT - это количество отказов, которое можно ожидать за один миллиард (10 ⁹ ) компонентных часов работы при фиксированных рабочих условиях (например, 1000 устройств на 1 миллион часов или 1 миллион устройств на 1000 часов каждое, при 40 ° C и 0,5 U _R ). Для других условий приложенного напряжения, токовой нагрузки, температуры, механических воздействий и влажности FIT может быть пересчитан с использованием терминов, стандартизированных для промышленного ^[69] или военного ^[70] контекстов.

Дополнительная информация [ править ]

Пайка [ править ]

Конденсаторы могут изменяться в электрических параметрах из-за воздействия окружающей среды, такого как пайка, факторы механического напряжения (вибрация, удар) и влажность. Самый большой стресс-фактор - это пайка. Тепло ванны припоя, особенно для конденсаторов SMD, может вызвать изменение сопротивления контакта между клеммами и электродами керамических конденсаторов; в пленочных конденсаторах пленка может давать усадку, а в конденсаторах с мокрым электролитом электролит может кипеть. Период восстановления позволяет стабилизировать характеристики после пайки; для некоторых типов может потребоваться до 24 часов. Некоторые свойства могут необратимо измениться на несколько процентов в результате пайки.

Электролитическое поведение при хранении или неиспользовании [ править ]

Электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом «стареют» во время производства за счет приложения номинального напряжения при высокой температуре в течение времени, достаточного для устранения всех трещин и слабых мест, которые могли возникнуть во время производства. Некоторые электролиты с высоким содержанием воды довольно агрессивно или даже бурно реагируют с незащищенным алюминием. Это приводит к проблеме «хранения» или «неиспользования» электролитических конденсаторов, изготовленных до 1980-х годов. Химические процессы ослабляют оксидный слой, когда эти конденсаторы не используются слишком долго. Для решения этой проблемы в 1980-х годах были разработаны новые электролиты с «ингибиторами» или «пассиваторами». ^{[71] [72]}С 2012 года для электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами будет установлен стандартный срок хранения электронных компонентов - два года при комнатной температуре, обусловленный окислением клемм (в корпусе). Специальная серия для 125 ° C с органическими растворителями, такими как GBL, рассчитана на срок хранения до 10 лет, что гарантирует без предварительных условий правильное электрическое поведение конденсаторов. ^[73]

Для старинного радиооборудования может быть рекомендовано «предварительное кондиционирование» старых электролитических конденсаторов. Это включает в себя приложение рабочего напряжения в течение примерно 10 минут через резистор ограничения тока к клеммам конденсатора. Подача напряжения через защитный резистор восстанавливает оксидные слои.

Стандарты IEC / EN [ править ]

Испытания и требования, которым должны соответствовать конденсаторы для использования в электронном оборудовании для утверждения в качестве стандартных типов, изложены в общих технических условиях IEC / EN 60384-1 в следующих разделах. ^[74]

Общая спецификация

• IEC / EN 60384-1 - Конденсаторы постоянной емкости для использования в электронном оборудовании

Керамические конденсаторы

• IEC / EN 60384-8 - Конденсаторы постоянной емкости из керамического диэлектрика, класс 1
• IEC / EN 60384-9 - Конденсаторы постоянной емкости из керамического диэлектрика, класс 2
• IEC / EN 60384-21 - Фиксированные многослойные конденсаторы из керамического диэлектрика для поверхностного монтажа, класс 1
• IEC / EN 60384-22 - Фиксированные многослойные конденсаторы из керамического диэлектрика для поверхностного монтажа, класс 2

Пленочные конденсаторы

• IEC / EN 60384-2 - Фиксированные диэлектрические конденсаторы постоянного тока с металлизированной полиэтилентерефталатной пленкой.
• IEC / EN 60384-11 - Фиксированные конденсаторы постоянного тока с диэлектрической металлической фольгой из полиэтилентерефталатной пленки.
• IEC / EN 60384-13 - Фиксированные конденсаторы постоянного тока с диэлектрической металлической фольгой из полипропиленовой пленки.
• IEC / EN 60384-16 - Фиксированные диэлектрические конденсаторы постоянного тока из металлизированной полипропиленовой пленки.
• IEC / EN 60384-17 - Фиксированный диэлектрик из металлизированной полипропиленовой пленки переменного тока и импульсный
• IEC / EN 60384-19 - Фиксированные диэлектрические конденсаторы постоянного тока для поверхностного монтажа из металлизированной полиэтилентерефталатной пленки.
• IEC / EN 60384-20 - Фиксированные металлизированные диэлектрические пленочные диэлектрические конденсаторы постоянного тока для поверхностного монтажа из полифениленсульфида.
• IEC / EN 60384-23 - Фиксированные конденсаторы постоянного тока с диэлектрическими микросхемами из металлизированной полиэтиленнафталатной пленки.

Электролитические конденсаторы

• МЭК / EN 60384-3- поверхностного монтажа фиксированной танталовые электролитические конденсаторы с диоксидом марганца твердых электро Lyte
• IEC / EN 60384-4 - Алюминиевые электролитические конденсаторы с твердым (MnO2) и нетвердым электролитом.
• IEC / EN 60384-15 - фиксированные танталовые конденсаторы с нетвердым и твердым электролитом.
• IEC / EN 60384-18 - Фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы поверхностного монтажа с твердым (MnO ₂ ) и нетвердым электролитом.
• IEC / EN 60384-24 - Фиксированные танталовые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с проводящим полимерным твердым электролитом.
• IEC / EN 60384-25 - Фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы для поверхностного монтажа с проводящим полимерным твердым электролитом
• IEC / EN 60384-26- Фиксированные алюминиевые электролитические конденсаторы с проводящим полимерным твердым электролитом

Суперконденсаторы

• IEC / EN 62391-1. Фиксированные двухслойные электрические конденсаторы для использования в электрическом и электронном оборудовании. Часть 1. Общие технические условия.
• IEC / EN 62391-2 - Фиксированные двухслойные электрические конденсаторы для использования в электронном оборудовании - Часть 2: Спецификация в разрезе - Электрические двухслойные конденсаторы для силовых приложений.

Обозначения конденсаторов [ править ]

Маркировка [ править ]

Отпечатано [ править ]

Конденсаторы, как и большинство других электронных компонентов, при наличии достаточного места, имеют нанесенную маркировку с указанием производителя, типа, электрических и тепловых характеристик и даты изготовления. Если они достаточно большие, конденсатор помечается:

• название производителя или товарный знак;
• обозначение типа изготовителя;
• полярность выводов (для поляризованных конденсаторов)
• номинальная емкость;
• допуск на номинальную емкость
• номинальное напряжение и характер питания (переменный или постоянный ток)
• климатическая категория или номинальная температура;
• год и месяц (или неделя) выпуска;
• сертификационные знаки стандартов безопасности (для предохранительных конденсаторов EMI / RFI)

Поляризованные конденсаторы имеют маркировку полярности, обычно знак «-» (минус) на стороне отрицательного электрода для электролитических конденсаторов или полосу или знак «+» (плюс), см. Маркировку # Полярность . Кроме того, отрицательный провод у свинцовых «мокрых» электронных крышек обычно короче.

Конденсаторы меньшего размера используют сокращенное обозначение. Наиболее часто используемый формат: XYZ J / K / M VOLTS V, где XYZ представляет собой емкость (рассчитанную как XY × 10 ^Z пФ), буквы J, K или M указывают допуск (± 5%, ± 10% и ± 20% соответственно), а VOLTS V представляет рабочее напряжение.

Примеры:

• 105K 330V подразумевает емкость 10 × 10 ⁵ пФ = 1 мкФ (K = ± 10%) при рабочем напряжении 330 В.
• 473M 100V подразумевает емкость 47 × 10 ³ пФ = 47 нФ (M = ± 20%) при рабочем напряжении 100 В.

Емкость, допуск и дата изготовления могут быть указаны с помощью короткого кода, указанного в IEC / EN 60062. Примеры краткой маркировки номинальной емкости (микрофарад): µ47 = 0,47 мкФ, 4µ7 = 4,7 мкФ, 47µ = 47 мкФ

Дата изготовления часто печатается в соответствии с международными стандартами.

• Версия 1: кодирование числовым кодом года / недели, «1208» означает «2012 год, неделя номер 8».
• Версия 2: кодирование с кодом года / месяца. Коды года: «R» = 2003, «S» = 2004, «T» = 2005, «U» = 2006, «V» = 2007, «W» = 2008, «X» = 2009, «A». = 2010, «B» = 2011, «C» = 2012, «D» = 2013 и т. Д. Коды месяцев: от «1» до «9» = с января по сентябрь, «O» = октябрь, «N». = Ноябрь, "D" = декабрь. «Х5» значит «2009, май».

Для очень маленьких конденсаторов, таких как микросхемы MLCC, маркировка невозможна. Здесь только отслеживание производителей может гарантировать идентификацию типа.

Цветовая кодировка [ править ]

С 2013 года ^[update]конденсаторы не используют цветовую маркировку.

Маркировка полярности [ править ]

• Маркировка полярности

Алюминиевые колпачки с нетвердым электролитом имеют маркировку полярности на катодной ( минусовой ) стороне. Электронные колпачки из алюминия, тантала и ниобия с твердым электролитом имеют маркировку полярности на анодной ( плюсовой ) стороне. Суперконденсаторы отмечены со стороны минуса .

Сегменты рынка [ править ]

Дискретные конденсаторы сегодня - это промышленные продукты, которые производятся в очень больших количествах для использования в электронном и электрическом оборудовании. Мировой рынок конденсаторов фиксированной емкости в 2008 г. оценивался примерно в 18 миллиардов долларов США за 1 400 миллиардов (1,4 × 10 ¹² ) штук. ^{[75] На} этом рынке преобладают керамические конденсаторы, которые оцениваются примерно в один триллион (1 × 10 ¹² ) штук в год. ^[76]

Подробные оценочные значения стоимости основных семейств конденсаторов:

• Керамические конденсаторы - 8,3 млрд долларов США (46%);
• Алюминиевые электролитические конденсаторы - 3,9 млрд долларов США (22%);
• Пленочные конденсаторы и бумажные конденсаторы - 2,6 млрд долларов США (15%);
• Танталовые электролитические конденсаторы - 2,2 млрд долларов США (12%);
• Супер конденсаторы ( двухслойные конденсаторы ) -us 0,3 $ млрд (2%); и
• Другие, такие как серебряная слюда и вакуумные конденсаторы - 0,7 миллиарда долларов США (3%).

Все остальные типы конденсаторов незначительны по стоимости и количеству по сравнению с вышеуказанными типами.

См. Также [ править ]

• Схемотехника
• Конденсатор развязки
• Список производителей конденсаторов

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

В Wikibook Electronics есть страница по теме: Конденсаторы

• Музей искры (фон Клейст и Мушенбрук)
• Моделирование диэлектрического поглощения в конденсаторах
• Другой взгляд на все эти конденсаторные штуки
• Изображения разных типов конденсаторов
• Обзор различных типов конденсаторов
• Capsite 2015 Введение в конденсаторы