Выбор плёночных конденсаторов для применения в Hi-Fi- и High-End-аудиотехнике. Часть 1. Устройство, свойства и параметры
Сохранить и прочитать потом —
На фоне растущих потребностей энтузиастов качественного аудио Hi-Fi-/High-End-производители постоянно прилагают усилия по улучшению качества звучания своих продуктов. Применяемые пассивные радиотехнические комплектующие, в том числе конденсаторы, стоят в стороне от наиболее интересных активных компонентов, но их влияние на конечный результат огромно. Только наилучшие элементы могут использоваться в аудиотехнике класса High End.
Обзоры в журналах, посвящённых Hi-Fi-/High-End-аудио, сконцентрированы вокруг готовых компонентов домашних аудиосистем, при этом часто не уделяется никакого внимания тому, где и какие используются в них конденсаторы, какими свойствами они обладают, какие параметры нужно учитывать и как они влияют на звук. В этой статье мы разберёмся в устройстве этих элементов, их технических характеристиках и в том, как они могут повлиять на звук.
Свое внимание мы сконцентрируем на плёночных конденсаторах различных видов с тем, чтобы понять, почему именно они предпочтительны для использования в High-End-компонентах.
Как ни странно, но даже в мире, опирающемся на физику как науку и современные технологии, топовые аудиосистемы – как законченные решения, так и их отдельные модули – часто изготавливаются с применением электронных и радиотехнических комплектующих, которые должны при упоминании их торговых марок вызывать у конечных потребителей град положительных эмоций. В особых случаях разработчики используют продукты известных брендов, при этом даже не вдаваясь с пристрастием в их технические характеристики. Высококлассный продукт может быть действительно таковым, если все его составляющие оптимально подобраны по параметрам, а не по громким названиям их брендов и серий.
В аудиотрактах каждого компонента, начиная с CD/DVD-транспорта, внешнего ЦАП, предусилителя и усилителя мощности и до кроссоверов АС в самом конце, используется множество конденсаторов различных типов, ёмкостей и номинальных напряжений. В подавляющем большинстве случаев от них напрямую зависит качество звука, так как эти элементы находятся в аналоговых сигнальных цепях.
Назначение конденсаторов можно разбить на три базовые группы:
Оптимальный выбор конденсаторов для этих целей определённо может привести к улучшению конечного результата или, по меньшей мере, минимизировать вносимые потери. Те, что функционируют в сигнальных цепях, естественно, в значительно большей степени влияют на аудиосигнал. Последовательные реальные улучшения в звуке могут быть достигнуты только путем замены всех недостаточно качественных по параметрам комплектующих данного типа.
Ещё один надежный путь к хорошему результату – использование качественных функциональных конденсаторов в таких местах, где неверный выбор может привести к искажениям сигнала в CD/DVD-транспортах, ЦАП, предусилителях. Конденсаторы в силовых цепях (например, для сглаживания пульсаций или поддержки уровня напряжения) оказывают меньшее влияние на звучание при условии, что они имеют как можно большую ёмкость. Однако их качеством тоже нельзя ни в коем случае пренебрегать в устройствах High-End-класса.
Плёночные конденсаторы – оптимальное решение!
Плёночные конденсаторы для большинства сигнальных цепей являются самым лучшим выбором по критерию цена/качество и уступают пальму первенства в некоторых приложениях только фольговым (рис. 1), исторически бывшим их предшественниками.
Рис.1. Фольговый конденсатор, разработанный специально для кроссоверов АС High-End-класса.
По запасаемой энергии в единице объёма фольговые и плёночные конденсаторы уступают только электролитическим, ёмкость которых доходит до единиц фарад. По совокупности технических параметров плёночные конденсаторы являются наиболее подходящими для использования в аудиотехнике и только в специализированных применениях, например, в кроссоверах (фильтры для раздела полос в АС), немного уступают фольговым аналогам, при этом имея значительно меньшие массу, размеры и в десятки раз более низкую стоимость. Плёночные конденсаторы можно разделить по типу диэлектрика на четыре группы:
Материал плёнки и международные сокращения
Характеристики плёночных диэлектриков
Полиэтилентерефталат(PET)
Полиэтилен-нафталат (PEN)
Полифенилен-сульфид (PPS)
Полипропилен (PP)
Диэлектрическая проницаемость на 1 кГц
3,3
3
3
2,2
Мин. толщина плёнки
0,7..0,9
0,9..1,4
1,2
1,9..3,0
Влагопоглощаемость
Низкая
0,4
0,05
Рис. 2. Схематическое изображение фольгового конденсатора.
С течением времени технологии развивались, и инженеры предложили использовать вместо толстой фольги и бумаги тонкую металлизированную плёнку и полимерные диэлектрики. Для устранения индуктивности была изобретена технология производства плёночных конденсаторов со стековой структурой, изображённой на рис. 3.
Рис. 3. Стековый плёночный полипропиленовый конденсатор с односторонней металлизацией диэлектрика.
Стековые плёночные конденсаторы на данный момент имеют следующие топологии и структуры:
Типы стековых плёночных конденсаторов и типовые названия серий, ставшие индустриальными стандартами де-факто.
Названия серии начинаются с буквы, которой обозначают тот или иной тип используемого диэлектрика:
М – обозначает металлизацию; К – тип конденсатора: К – металлизированный, F – фольговый; Р – определяет тип диэлектрика, а именно:
Также встречаются плёночные конденсаторы с диэлектриками других типов с сокращенными наименованиями:
MKP-серии имеют самую простую топологию и могут производиться, как из односторонне металлизированной (рис. 3) плёнки, так и двусторонней (рис. 4). Такие конденсаторы производятся из четырёхслойной плёнки. Они имеют в 5-10 раз большую перегрузочную способность по импульсным токам за счёт большего количества контактов металлизации с контактным слоем на торцах, который к тому же для конденсаторов с двусторонней металлизацией диэлектрика делается более толстым. Лучший контакт обеспечивает и более низкое эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора (Low ESR), что, в свою очередь, уменьшает диссипативные потери на 30-50% по сравнению с вариантом односторонней металлизации. Они отлично себя зарекомендовали для применения в Hi-Fi- и High-End-компонентах, а также во всех сигнальных аудиоцепях профессиональной студийной звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры.
Рис. 4. Стековый плёночный полипропиленовый конденсатор с односторонней металлизацией диэлектрика.
MKT и MKN – полиэтилентерефталатные и полиэтиеленнафталатные конденсаторы –имеют более сложную топологию, чем MKP, и рассчитаны на более высокие импульсные токи, чем MKP-конденсаторы с двусторонней металлизацией. Серии MKN выгодно отличаются низкими коэффициентами зависимости ёмкости от частоты по сравнению с конденсаторами других типов.
X1/X2 – плёночные конденсаторы, специально разработанные для соответствия стандарту электромагнитной совместимости IEC60384-14 и применяющиеся для фильтрации дифференциальных помех в цепях питания. В аудиоаппаратуре они будут как нельзя кстати вместе с синфазным дросселем во входных цепях питания.
MFP/FKP – полипропиленовые конденсаторы, которые могут выдерживать очень большие импульсные токи благодаря тому, что их электроды изготавливаются из фольги с соединением, обеспеченным толстым слоем металлизации. Данный тип конденсаторов великолепно подходит для сигнальных цепей аудиотрактов усилителей. Однако данная технология предполагает значительно меньшую удельную ёмкость, поэтому найти фольговый стековый полипропиленовый конденсатор ёмкостью более 0,68 мкФ может оказаться невозможным.
Плёночные конденсаторы со стековой структурой имеют множество отличительных от других типов свойств. К ним относятся очень низкая, практически нулевая паразитная индуктивность, способность выдерживать огромные импульсные токи при очень компактных габаритах даже для высоких номинальных напряжений (более 600 В), исключительная надёжность, низкие температурные коэффициенты ёмкости, отличные характеристики зависимости ёмкости от напряжения и ёмкости от частоты сигнала. Об этих и других эффектах и параметрах плёночных конденсаторов мы поговорим в следующей части статьи.
Ах, эти пленочные конденсаторы. Многие, вероятно, наслышаны о них.
Исходя из разных диэлектрических свойств пленки, такие конденсаторы, в качестве разделительных в звуковых цепях, ведут себя несколько по-разному, что, так или иначе, сказывается на звуке. Никакие физические/электромеханические свойства диэлектрика мной не исследовались. Основная мысль статьи – провести некую классификацию пленочников и ближе познакомиться с ними.
Автор: yooree
Немного конструктива
Роль диэлектрика в таких конденсаторах выполняет полимерная пленка. В качестве электродов может использоваться фольга. Но технология здесь достаточно разнообразная.
Бывает, что пленку не укрывают слоем фольги, а металлизируют (тонким слоем металла) посредством вакуумного напыления. Даже возможен обратный вариант – полимерный порошок напыляют на фольгу. И даже существуют промежуточные варианты, когда в конструкции намотки используется и металлизированная пленка и фольга, когда используется двухслойная металлизация пленки и, возможно, еще какие-то техники.
По типу корпуса и/или организации выводных электродов можно провести еще ряд градаций:
– аксиального или радиального типа
– тубулярные или овальные по форме
– индуктивные и неиндуктивные
– боксовые или залитые (компаундом)
Лавсановые (Polyester film capacitor/ Metallized Polyester film capacitor)
1-ая (большая и достаточно распространенная ) группа – конденсаторы с диэлектриком из лавсановой (полиэтилентерефталатной) пленки. Самые доступные из пленочных. Здесь следует различать металлизированный лавсан и неметаллизированный.
Неметаллизированные, как правило, небольшой емкости, небольших размеров. В качестве примеров таковых – отечественные К73-9
Конденсаторы на основе металлизированной пленки
Ближайшие импортные аналоги выглядят так :
Другие импортные серии:
— достаточно популярная серия MKT. Они типично выполнялись боксовыми радиальными. Законодателем “моды” в прошлом веке выступила фирма Siemens. Позже, боксовый тип “подхватили” Wima, AVC, EPCOS и многие другие.
Позже в боксовом корпусе стали выпускать и снабберные (помехоподавляюшие) пленочники, что негативно сказалось на репутации MKT. Укрепилось мнение, что для звука такие “не очень”.
— достаточно заметная группа индуктивных лавсановых неметаллизированных. Их особенность в том, что они индуктивные. Иногда их еще называют майларовыми (mylar), майлар – просто разновидность лавсана.
Это прежде всего серия PEI. Их в некоторых интернет-магазинах рунетеа преподносят как полистирольные, но это развод. Выглядят PEI так –
Предельная емкость у темно-зеленых, как правило, не выше 0,22 мкФ. И, по некоторым сведениям, к подобным относятся и TMCF, которые еще могут называться как CL11.
Как вычислить лавсановый конденсатор по названию его серии?
По наличию латинской буквы “E” – что означает “этилентерефталат”. Хотя бывают и исключения, как с MKT. Вероятно, это немецкий вариант.
Плюс еще азиатские стандарты добавляют путаницы, они предпочитают давать сериям другие названия, типа СL. Иногда стандарты дублируют, при этом пишут дублера в скобках.
Полистирольные (Polystyrene Film Capacitors)
Считается, что полистирольные емкости вносят минимальную окраску и одни из самых стабильных. Проверить это не всегда удается, т.к. надо прежде всего умудриться найти такие конденсаторы. Они не очень распространенные. Еще одна проблема по ним – предельная емкость для этих приборов – типично всего 0,5 мкФ.
Из отечественных более-менее доставабельный К71-7
И еще, по минимальной границе емкости К71-1 тоже “хромает” – выпускают начиная от 1000пФ.
Из импортных (настоящих) полистирольных встречал только серию PSI / PSR, они тоже не самые распространенные, выглядят так –
Предельная емкость еще ниже, до 0,01 мкФ. Но зато минимальная встречается до 68пФ.
Поликарбонатные конденсаторы (Polycarbonate Film Capacitors)
Вероятно, они “вымерли” уже давно. Не видно их и не слышно о них. Из отечественных в истории упоминается о К77-1 с пределами емкостей от 0,001 до 3,9 мкФ. И ходили слухи, что они придают звуку приятную мягкость. Видимо, по аналогии с угольными резисторами. К сожалению, вымерли они из-за активной конкуренции со стороны другого диэлектрика – полифенил-сульфида, производство которого было не таким затратным.
Современные заменители поликарбонатных конденсаторов. Редкие и дорогие. Из наиболее известных можно упомянуть серию MU12 американской фирмы Electronic Concepts. Мечта аудиофилов…
2-ая (большая, но менее распространенная в странах СНГ) группа с диэлектриком из полипропилена. Относительно доступные, могут быть раза в 3-4 дороже лавсановых. Из отечественных еще как-то можно отыскать K78-2 и К78-19 и некоторые другие.
Из импортных выпускаемый спектр очень широк. Начнем с самых ходовых. Для неметаллизированных, к примеру, серия PPN (CBB13), чаще всего бордового или красного цвета.
или темно-синие, иногда,
— Боксовые версии MKP (Wima, Epcos, Evox-Rifa и т.п.) – посолиднее, но репутация слабее из-за корпуса типа box. Опять же, вероятно, потому, что в боксах часто выпускают снабберные пленочники. Пример от Вима –
— тубуляры (цилиндрические или овальные), серий MPA, MPT, MPR и т.п. (CBB20) – хорошая репутация. Выглядят так :
— высоковольтные полипропиленовые серий PPS (CBB81) и им подобные. Неметаллизированные, только фольга и пленка. Номиналы – от 100пФ до 0,47мкФ. Напряжение от 1000 до 3000В. Близкие аналоги отечественных K78-2. Выглядят так –
— снабберные полипропиленовые, типа MKP/X2 (CBBX2), MPX (CBB62X2) и т.п.
Они шумоподавляющие. Ходят слухи, что для звуковых цепей это не лучший вариант. Снабберные легко можно вычислить по обилию значков-сертификатов на корпусе. Выглядеть могут так –
— пусковые полипропиленовые (для двигателей и/или для розжига ламп дневного света)
Насколько они могут быть хороши в звуке – неизвестно. Выглядеть могут так –
Фторопластовые конденсаторы. (Teflon film capacitors)
Наряду с полистирольными, считаются самыми толерантными к звуку емкостями. Опять же редкие. Из отечественных должны где-то существовать такие, как К72П-6, К72-9, ФТ-3…
Заключение
— конечно, идеальных пленочных конденсаторов не существует, здесь на помощь может прийти “бутербродная” техника. И терпение в опробовании разных типов.
— не все типы одинаково хороши для усилителей на любой элементной базе. Лампы “любят” конденсаторы с одним типом диэлектрика, полупроводникиовые конструкции – с другим. Уместность использования определенного конденсатора может быть обусловлена и внутренним импедансом цепи.
— у высоковольтных полипропиленовых конденсаторов и у полистирольных конденсаторов малой емкости есть перспективы удачно проявить себя в отфильтровке ВЧ в пассивных регуляторах тембра и в тонкомпенсации.
Cтатья содержит только краткие сведения, в помощь тем, кто пожелает расширить свой кругозор могут быть полезны следующие источники в сети:
*Название темы на форуме должно соответствовать виду: Заголовок статьи [обсуждение статьи]
Конденсатор пленочный: что это, и каковы его типы?
Прародителями конденсаторов можно считать немецкого служителя католической церкви по имени Эвальд Юрген фон Клейст и голландского физика Питера ван Мушенбрука, которые независимо друг от друга изобрели прототип конденсатора, так называемую лейденскую банку.
Простейшее емкостное устройство имеет электроды, которые именуются обкладками. Они разделены диэлектриком очень малой толщины (по отношению к размерам обкладок). На практике имеют место многослойные конденсаторы или чередующиеся ленты из изоляторов и электродов.
Назначение и принцип действия конденсаторов
Классификация конденсаторов
Конденсаторы бывают следующих типов:
Плёночный конденсатор – элемент, диэлектриком в котором служит плёнка. Она может быть выполнена, например, из фторопласта.
Пленочные конденсаторы
Чем больше площадь обкладок конденсатора, тем значительней его емкость. Для увеличения площади были предложены пленочные устройства. За счёт большого количества слоёв достигается увеличение площади, следовательно, приумножается ёмкость.
К плёночным относятся конденсаторы типа К73-17. Исполнения на различные пределы напряжений дают возможность применять их в цепях постоянного тока,а так же в различных фильтрах и резонансных схемах. Ёмкостные истосники питания и выпрямительные схемы тоже содержат компоненты подобного типа. На рисунке показаны конденсаторы на напряжение 63 В.
Диэлектрик, который может быть использован для плёночного конденсатора: тефлон, поликарбонат, металлизированная бумага, майлар, полипропилен. Диапазон емкостей, измеряемых в фарадах, широк. Он колеблется от 5 пикофарад (это минимально возможная величина) до максимального размера в 100 микрофарад. Также при подборе характеристик учитывается номинальное напряжение, которое тоже имеет широкие пределы. Довольно часто в различных областях оправдано применение высоковольтных конденсаторов, величина напряжения которых достигает 2000 вольт.
Преимущества
Проверка работоспособности конденсатора
Проще всего проверить исправность радиоэлемента при помощи мультиметра. В режиме проверки ёмкости, который имеется на современных цифровых приборах, можно достаточно быстро определить, пригоден ли радиоэлемент для дальнейшего использования. Используя стрелочный тестер, необходимо проследить отклонение стрелки. После небольшого скачка она возвращается в положение «0» или есть небольшое отклонение. Это говорит о неисправности (пробое). Такой компонент использовать нельзя из-за угрозы возникновения короткого замыкания в цепи. Если стрелка слегка отклоняется, но не достигает бесконечности, здесь присутствует так называемый ток утечки, а емкость маловата. При использовании такого элемента неэффективная работа приведёт к тому, что функции будут реализованы не на 100%. Применение такого конденсатора нецелесообразно.
Как проверить плёночный конденсатор, если он запаян на плате? Присоединив в цепь параллельно исправный, подобный испытуемому элемент, можно сделать вывод о необходимости замены и понять, работоспособен ли прежний компонент.
Маркировка
В случае, если маркировка пленочного конденсатора нечёткая вследствие потёртостей, можно узнать значение этой характеристики при помощи мультиметра с функцией замера емкости. Обычно мультиметр располагает пятью пределами. При тестировании щупы подключают к специальным штекерам для измерения емкости с обозначением Сх. Необходимо строго соблюдать полярность. Иногда вместо гнезд на панели имеются металлические пластины, к которым нужно подсоединить выводы конденсатора, не забывая про полярность.
Конденсаторы пленочные достаточно широко используются для работы в различных цепях постоянного и переменного тока, в бытовой аппаратуре и радиоэлектронике, в конструкциях на печатных платах. Множество модификаций и разнообразие габаритных размеров позволяет применять их практически без ограничений в любых конструкциях.
Конденсатор – это устройство, способное накапливать электрический заряд.
Такую же функцию выполняет и аккумуляторная батарея, но в отличие от неё конденсатор может моментально отдать весь накопленный заряд.
Количество заряда, которое способен накопить конденсатор, называют «емкостью». Эта величина измеряется в фарадах.
Содержание статьи
Принцип работы конденсаторов
При подсоединении цепи к источнику электрического тока через конденсатор начинает течь электрический ток. В начале прохождения тока через конденсатор его сила имеет максимальное значение, а напряжение – минимальное. По мере накопления устройством заряда сила тока падает до полного исчезновения, а напряжение увеличивается.
В процессе накопления заряда электроны скапливаются на одной пластинке, а положительные ионы – на другой. Между пластинами заряд не перетекает из-за присутствия диэлектрика. Так устройство накапливает заряд. Это явление называется накоплением электрических зарядов, а конденсатор –накопителем электрического поля.
Устройство конденсаторов
Конструкции современных конденсаторов отличаются разнообразием, но можно выделить несколько типичных вариантов:
Пакетная конструкция
Используется в стеклоэмалевых, керамических и стеклокерамических конденсаторах. Пакеты образованы чередующимися слоями обкладок и диэлектрика. Обкладки могут изготавливаться из фольги, а могут представлять собой слои на диэлектрических пластинах – напыленный или нанесенный вжиганием.
Каждый пакетный конденсатор имеет верхнюю и нижнюю обкладки, имеющие контакты с торцов пакета. Выводы изготавливаются из проволоки или ленточных полосок. Пакет опрессовывается, герметизируется, покрывается защитной эмалью.
Трубчатая конструкция
Такую конструкцию могут иметь высокочастотные конденсаторы. Они представляют собой керамическую трубку с толщиной стенки 0,25 мм. На ее наружную и внутреннюю стороны способом вжигания наносится серебряный проводящий слой. Снаружи деталь обрабатывается изоляционным веществом. Внутреннюю обкладку выводят на наружный слой для присоединения к ней гибкого вывода.
Дисковая конструкция
Эта конструкция, как и трубчатая, применяется при изготовлении высокочастотных конденсаторов.
Диэлектриком в дисковых конденсаторах является керамический диск. На него вжигают серебряные обкладки, к которым подсоединены гибкие выводы.
Литая секционированная конструкция
Применяется в монолитных многослойных керамических конденсаторах, используемых в современной аппаратуре, в том числе с интегральными микросхемами. Деталь, имеющая 2 паза, изготавливается литьем керамики. Пазы заполняют серебряной пастой, которую закрепляют методом вживания. К серебряным вставкам припаивают гибкие выводы.
Рулонная конструкция
Характерна для бумажных пленочных низкочастотных конденсаторов с большой емкостью. Бумажная лента и металлическая фольга сворачиваются в рулон. В металлобумажных конденсаторах на бумажную ленту наносят металлический слой толщиной до 1 мкм.
Где используются конденсаторы
Конденсаторы применяются практически во всех современных устройствах: сабвуферах, электродвигателях, автомобилях, насосах, электроинструменте, кондиционерах, холодильниках, мобильных телефонах и т.п.
В зависимости от выполняемых функций их разделяют на общего назначения и узкоспециальные.
К конденсаторам общего назначения относятся низковольтные накопители, которые используются в большинстве видов электроаппаратуры.
К узкоспециализированным относятся высоковольтные, импульсные, помехоподавляющие, дозиметрические ипусковые конденсаторы.
Поведение конденсатора в цепях постоянного и переменного тока
В цепях постоянного тока заряженный конденсатор образует разрыв, мешающий протеканию тока. Если напряжение приложить к обкладкам разряженной детали, то ток потечет. При этом конденсатор будет заряжаться, сила тока падать, напряжение на обкладках повышаться. При достижении равенства напряжения на обкладках и источника электропитания течение тока прекращается.
При постоянном напряжении конденсатор удерживает заряд при включенном питании. После выключения заряд сбрасывается через нагрузки, присутствующие в цепи.
Переменный ток заряженный конденсатор тоже не пропускает. Но за один период синусоиды дважды происходит зарядка и разрядка накопителя, поэтому ток получает возможность протекать через конденсаторв периодего разрядки.
Виды и классификация конденсаторов
Конденсаторы различных типов приспособлены к разным условиям работы, направлены на выполнение определенных задач и обладают различными побочными эффектами.
Основной признак, по которому классифицируют конденсатор, – это вид диэлектрика. Именно диэлектрический материал определяет многие характеристики конденсатора.
Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах анодом служит металлическая пластина, диэлектриком – оксидная пленка, а катодом – твердый, жидкий или гелеобразный электролит. Наличие гелеобразного электролита делает устройство полярным, то есть ток через него может протекать только в одном направлении. Представители этого семейства – алюминиевые и танталовые конденсаторы.
Алюминиевые электролитические конденсаторы имеют емкость от 0,1 до нескольких тысяч мкФ. Обычно они применяются на звуковых частотах. Электрохимическая ячейка плотно упакована, что обеспечивает большую эффективную индуктивность, которая не позволяет использовать алюминиевые накопители на сверхвысоких частотах.
В танталовых конденсаторах катод изготавливается из диоксида марганца. Сочетание значительной площади поверхности анода и диэлектрических характеристик оксида тантала обеспечивает высокую удельную емкость (емкость в единице объема или массы диэлектрика). Это значит, что танталовые конденсаторы гораздо компактнее алюминиевых такой же емкости.
У танталовых конденсаторов есть свои недостатки. Устройства ранних поколений грешат отказами, возможны возгорания. Они могут произойти при подаче слишком высокого пускового тока, который меняет структурное состояние диэлектрика. Дело в том, что оксид тантала в аморфном состоянии является хорошим диэлектриком. При подаче большого пускового тока оксид тантала из аморфного состояния переходит в кристаллическое и превращается в проводник. Кристаллический оксид тантала еще больше увеличивает силу тока, что и приводит к возгоранию. Современные танталовые конденсаторы производятся по передовым технологиям и практически не дают отказов, не вздуваются, не возгораются.
Пленочные и металлопленочные конденсаторы
Пленочные конденсаторы имеют диэлектрический слой из полимерной пленки, расположенный между слоями металлофольги.
Такие устройства имеют небольшую емкость (от 100 пФ до нескольких мкФ), но могут работать при высоких напряжениях – до 1000 В.
Существует целое семейство пленочных конденсаторов, но для всех видов характерны небольшие емкость и индуктивность. Благодаря малой индуктивности, эти приборы используются в высокочастотных схемах.
Основные различия между конденсаторами с разными типами пленок:
Керамические конденсаторы
В керамических конденсаторах в качестве диэлектрика используются керамические пластины.
Керамические конденсаторы отличаются небольшой емкостью – от одного пФ до нескольких десятков мкФ.
Керамика имеет пьезоэлектрический эффект (способность диэлектрика поляризоваться под воздействием механических усилий), поэтому некоторые виды этих конденсаторов обладают микрофонным эффектом. Это нежелательное явление, при котором часть электроцепи воспринимает вибрации, как микрофон, что становится причиной помех.
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
В качестве диэлектрика в этих конденсаторах используется бумага, часто промасленная. Устройства с промасленной бумагой отличаются большими размерами. Модели с непромасленной бумагой более компактны, но они имеют существенный недостаток – увеличивают энергопотери под воздействием влаги даже в герметичной упаковке. В последнее время эти детали используются редко.
Основные параметры конденсаторов
Емкость
Этот показатель характеризует способность конденсатора накапливать электрический заряд. Емкость тем больше, чем больше площадь проводниковых обкладок и чем меньше толщина диэлектрического слоя. Также эта характеристика зависит от материала диэлектрика. На приборе указывается номинальная емкость. Реальная емкость, в зависимости от эксплуатационных условий, может отличаться от номинальной в значительных пределах. Стандартные варианты номинальной емкости – от единиц пикофарад до нескольких тысяч микрофарад. Некоторые модели могут иметь емкость в несколько десятков фарад.
Классические конденсаторы имеют положительную емкость, то есть чем больше приложенное напряжение, тем больше накопленный заряд. Но сегодня в стадии разработки находятся устройства с уникальными свойствами, которые ученые называют «антиконденсаторами». Они обладают отрицательной емкостью, то есть с ростом напряжения их заряд уменьшается, и наоборот. Внедрение таких антиконденсаторов в электронную промышленность позволит ускорить работу компьютеров и снизить риск их перегрева.
Что будет, если поставить накопитель большей/меньшей емкости, по сравнению с требуемой? Если речь идет о сглаживании пульсаций напряжения в блоках питания, то установка конденсатора с емкостью, превышающей нужную величину (в разумных пределах – до 90% от номинала), в большинстве случаев улучшает ситуацию. Монтаж конденсатора с меньшей емкостью может ухудшить работу схемы. В других случаях возможность установки детали с параметрами, отличающимися от заданных, определяют конкретно для каждого случая.
Удельная емкость
Отношение номинальной емкости к объему (или массе) диэлектрика. Чем тоньше диэлектрический слой, тем выше удельная емкость, но тем меньше его напряжение пробоя.
Плотность энергии
Это понятие относится к электролитическим конденсаторам. Максимальная плотность характерна для больших конденсаторов, в которых масса корпуса значительно ниже, чем масса обкладок и электролита.
Номинальное напряжение
Его значение отражается на корпусе и характеризует напряжение, при котором конденсатор работает в течение срока службы с колебанием параметров в заданных пределах. Эксплуатационное напряжение не должно превышать номинальное значение. Для многих конденсаторов с повышением температуры номинальное напряжение снижается.
Полярность
К полярным относятся электролитические конденсаторы, имеющие положительный и отрицательный заряды. На устройствах отечественного производства обычно ставился знак «+» у положительного электрода. На импортных приборах обозначается отрицательный электрод, возле которого стоит знак «-». Такие конденсаторы могут выполнять свои функции только при корректном подключении полярности напряжения. Этот факт объясняется химическими особенностями реакции электролита с диэлектриком.
К группе неполярных конденсаторов относится большинство накопителей заряда. Эти детали обеспечивают корректную работу при любом порядке подключения выводов в цепь.
Паразитные параметры конденсаторов
Конденсаторы, помимо основных характеристик, имеют так называемые «паразитные параметры», которые искажают рабочие свойства колебательного контура. Их необходимо учитывать при проектировании схемы.
К таким параметрам относятся собственное сопротивление и индуктивность, которые разделяются на следующие составляющие:
К паразитным параметрам также относится Vloss – незначительная величина, выражаемая в процентах, которая показывает, насколько падает напряжение сразу после прекращения зарядки конденсатора.
Обозначение конденсаторов на схеме
В конденсаторах переменной емкости параллельные черточки перечеркиваются диагональной чертой со стрелкой. Подстроечные модели обозначаются двумя параллельными линиями, перечеркнутыми диагональной чертой с черточкой на конце. На обозначении полярных конденсаторов указывается положительно заряженная обкладка.
Обозначение по ГОСТ 2.728-74
Описание
Конденсатор постоянной ёмкости
Поляризованный (полярный) конденсатор
Подстроечный конденсатор переменной ёмкости
Варикап
Особенности соединения нескольких конденсаторов в цепи
Соединение нескольких конденсаторов между собой может быть последовательным или параллельным.
Последовательное
Последовательное соединение позволяет подавать на обкладки большее напряжение, чем на отдельно стоящую деталь. Напряжение распределяется в зависимости от емкости каждого накопителя. Если емкости деталей равны, то напряжение распределяется поровну.
Получаемая емкость в такой цепи находится по формуле:
Если провести вычисления, то станет понятно, что увеличение напряжения в цепи достигается существенным падением емкости. Например, если в цепь подсоединить последовательно два конденсатора емкостью 10 мкФ, то общая емкость будет равна всего 5 мкФ.
Параллельное
Это наиболее распространенный на практике способ, позволяющий увеличить общую емкость в схеме. Параллельное соединение позволяет создать один большой конденсатор с суммарной площадью проводящих пластин. Общая емкость системы представляет собой сумму емкостей соединенных деталей.
Напряжение на всех элементах будет одинаковым.
Маркировка конденсаторов
В маркировке конденсатора, независимо от его типа, присутствуют два обязательных параметра – емкость и номинальное напряжение. Наиболее распространена цифровая маркировка, указывающая величину сопротивления. В ней используется три или четыре цифры.
Кратко суть трехфциферной маркировки: первые две цифры, находящиеся слева, указывают значение емкости в пикофарадах. Самая правая цифра показывает, сколько нулей надо прибавить к стоящим слева цифрам. Результат получается в пикофарадах. Пример: 154 = 15х104 пФ. На конденсаторах зарубежного производства пФ обозначаются как mmf.
В кодовом обозначении с четырьмя цифрами емкость в пикофарадах обозначают первые три цифры, а четвертая указывает на количество нулей, которые требуется добавить. Например: 2353=235х103 пФ.
Для обозначения емкости также может применяться буквенно-цифровая маркировка, содержащая букву R, которая указывает место установки десятичной запятой. Например, 0R8=0,8 пФ.
На корпусе значение напряжения указывается числом, после которого ставятся буквы: V, WV (что означает «рабочее напряжение»). Если указание на допустимое напряжение отсутствует, то конденсатор может использоваться только в низковольтных цепях.
Помимо емкости и напряжения, на корпусе могут указываться и другие характеристики детали:
Как проверить работоспособность конденсатора
Для проверки конденсатора на работоспособность используют мультиметр. Прежде чем проверить накопитель, необходимо определить, какой именно прибор находится в схеме – полярный (электролитический) или неполярный.
Проверка полярного конденсатора
При проверке полярного конденсатора необходимо соблюдать правильную полярность подключения щупов: плюсовой должен быть прижат к плюсовой ножке, минусовой – к минусу. Если вы перепутаете полярность, конденсатор выйдет из строя.
После выпайки детали ее кладут на свободное пространство. Мультиметр включают в режим измерения сопротивления («прозвонки»).
Щупами дотрагиваются до выводов прибора с соблюдением полярности. Правильная ситуация, когда на дисплее появляется первое значение, которое начинает постепенно расти. Максимальное значение, которое должно быть достигнуто для исправного устройства, – 1. Если вы только прикоснулись щупами к выводам, а на экране появилась сразу цифра 1, значит, прибор неисправен. Появление на экране «0» означает, что внутри детали произошло короткое замыкание.
Проверка неполярного конденсатора
В этом случае проверка предельно простая. Диапазон измерений выставляют на отметку 2 МОм. Щупы присоединяют к выводам конденсатора в любом порядке. Полученное значение должно превышать двойку. Если на дисплее высвечивается значение менее 2 МОм, то деталь неисправна.
Как зарядить и разрядить конденсатор
Для зарядки накопителя его подсоединяют к источнику постоянного тока. Зарядка прекращается, когда напряжение источника питания сравнивается по величине с напряжением на обкладках.
Разрядка конденсатора может понадобиться для безопасной разборки бытовых приборов и электронных устройств. Накопители электронных устройств разряжают с помощью обычной диэлектрической отвертки. Для разрядки крупных накопителей, которые устанавливаются в бытовых приборах, необходимо собрать специальное разрядное устройство.
