В этом посте мы узнаем об основах конденсаторов, а также о различных типах конденсаторов, которые обычно доступны на рынке и используются в большинстве электронных схем.
Обзор
Конденсатор - это просто пассивная электронная часть, которая предназначена для хранения электрического заряда.
Физически он состоит из пары металлических пластин или электродов, разделенных изоляционным материалом или диэлектриком. Подача постоянного напряжения на клеммы конденсатора мгновенно вызывает нехватку электронов на положительной пластине и переизбыток электронов на отрицательной пластине, как показано на следующем рисунке.
Это дифференциальное накопление электронов приводит к возникновению электрического заряда, который накапливается на определенном уровне (в зависимости от напряжения), после чего остается на этом уровне. Если присутствует постоянный ток, изолятор внутри конденсатора работает как система блокировки для протекания тока (однако может быть небольшой переходный зарядный ток, который предотвращает, когда конденсатор полностью заряжен).
Когда через конденсатор используется переменный ток, заряд, накопленный в течение половины цикла переменного тока, меняется на противоположный со следующим 2-м полупериодом, что заставляет конденсатор пропускать ток через него эффективно, как будто диэлектрическая изоляция никогда не существовала.
Поэтому, когда задействован переменный ток, конденсатор просто работает как связующее устройство. Вы вряд ли найдете какие-либо электронные схемы, работающие на переменном токе и не содержащие несколько конденсаторов, возможно, для связи или для оптимизации общей частотной характеристики системы.
В последнем упомянутом сценарии конденсатор соединен с резистором для создания RC-комбинации. Возникновение заряда / разряда, связанное с конденсаторами, также может быть использовано в различных других схемах, например. , фотографическая электронная вспышка.
Как и резисторы, конденсаторы можно настроить на работу с фиксированными значениями или регулировать их величину. Конденсаторы постоянной емкости являются основой схемы (наряду с резисторами). Переменные конденсаторы в основном предназначены для оптимизации настроенных схем.
В рабочие параметры каждого конденсатора различны, и поэтому их приложения также различаются соответственно.
Одной из широко используемых форм электронных компонентов являются электронные конденсаторы. Помимо этого, другие конденсаторы, используемые в промышленности, включают керамические, серебряно-слюдяные, электролитические, пластиковые, танталовые и другие.
Каждый тип конденсатора используется в различных приложениях в соответствии с их соответствующими недостатками и преимуществами.
Квинтэссенцией является то, что правильный тип конденсатора должен быть выбран, поскольку схема, в которой используется конденсатор, в значительной степени зависит от конденсатора.
Таким образом, если правильный тип конденсатора не выбран для вставки в схему на основе его параметров, это может привести к неправильному или неправильному функционированию схемы.
Основы конденсаторов
Физические законы, которые в основном регулируют различные типы конденсаторов, одинаковы и соблюдаются соответствующим образом.
Эти основные законы определяют различные параметры конденсаторов, например, как конденсатор будет работать, значение конденсатора , и его емкость (максимальное количество заряда, которое может удерживать конденсатор).
Таким образом, основная теория, на основе которой сконструированы и работают конденсаторы, позволяет понять различные формы конденсаторов и то, как они могут быть или используются.
Примечание. Несмотря на то, что в области диэлектриков произошло множество разработок, основные законы, по которым работают конденсаторы, не изменились, и они применяются до настоящего времени.
Типы конденсаторов и диэлектриков
Как обсуждалось выше, несмотря на основные законы, по которым работают конденсаторы, свойства конденсаторов сильно различаются из-за того, как сконструирован каждый тип конденсатора.
Различные свойства конденсаторов различных типов обусловлены их основным элементом, который расположен между двумя пластинами конденсатора и известен как «диэлектрик».
Диэлектрическая проницаемость конденсатора может влиять на уровень емкости, который конденсатор может достичь при заданном удельном объеме. Кроме того, можно обнаружить, что различные конденсаторы разных типов имеют поляризацию по своей природе, при этом напряжение, протекающее через конденсатор, допускается только в одном направлении.
С другой стороны, различные конденсаторы разных типов могут оказаться неполяризованными по своей природе, при этом напряжение, протекающее через конденсатор, допускается в обоих направлениях.
Конденсаторы обычно называют в зависимости от природы диэлектрика, который присутствует в конденсаторе.
Это указывает на общие свойства, которые конденсатор будет демонстрировать вместе с различными типами схемных функций, в которых они могут быть использованы.
Обзор конденсаторов и их различных типов
Для неполяризованных конденсаторов используются различные формы конструкции, почти все из которых легко узнать по типу конденсатора. Не нужно вдаваться в подробности реальных конструкций. Однако их особенности имеют решающее значение, поскольку они могут определить идеальный вариант для работы с конкретным приложением.
Неполяризованные конденсаторы
- Бумажные диэлектрические конденсаторы , обычно идентифицируемые по их трубчатой форме, являются самыми дешевыми, но обычно громоздкими. Многие другие их ключевые ограничения заключаются в том, что они плохо подходят для использования на высоких частотах выше 1 МГц, что практически ограничивает их применение в аудиосхемах. Обычно они находятся в значениях от 0,05 мкФ до 1 или 2 мкФ, имея рабочее напряжение от 200 до 1000 вольт. Диэлектрические конденсаторы из бумаги с пластиковым покрытием могут иметь гораздо большее рабочее напряжение.
- Керамические конденсаторы очень популярны в небольших аудио- и радиочастотных схемах. Они довольно дешевы и доступны в различных значениях от 1 пФ до 1 мкФ при значительном рабочем напряжении и, кроме того, отличаются очень низкой утечкой. Они могут изготавливаться как в дисковой и цилиндрической конструкции, так и в виде металлизированных керамических пластин.
- Конденсаторы серебряно-слюдяные более дорогие, чем керамические конденсаторы, но они обладают выдающейся работоспособностью на высоких частотах и гораздо меньшими допусками, поэтому обычно считаются подходящими для жизненно важных приложений. Они могут изготавливаться с очень высокими рабочими напряжениями.
- Конденсаторы полистирольные изготавливаются из металлической фольги, разделенной полистирольной пленкой, обычно имеющей встроенное покрытие из полистирола, чтобы гарантировать улучшенные изоляционные свойства. Они известны своими минимальными потерями при высоких частотах, превосходной стабильностью и постоянством. Значения могут варьироваться от 10 пФ до 100 000 пФ, однако рабочее напряжение обычно значительно снижается с увеличением значений емкости.
- Конденсаторы из поликарбоната как правило, их изготавливают в форме прямоугольных деталей, имеющих концы на концах в виде проводов, которые можно легко вставить в отверстия печатной платы. Они обеспечивают высокие значения (до 1 мкФ) при крошечных размерах, а также сниженные потери и минимальную индуктивность. Как и в случае с полистироловыми конденсаторами, рабочее напряжение снижается из-за более высоких значений емкости.
- Конденсаторы из полиэфирной пленки также изготавливаются для прямой сборки на печатных платах и имеют значения от 0,01 мкФ до 2,2 мкФ. Обычно они больше по размеру, чем конденсаторы из поликарбоната. Их небольшая внутренняя индуктивность позволяет им особенно хорошо подходить для функций связи и развязки в электронных схемах. Значения конденсаторов с полиэфирной пленкой обычно указываются с цветовым кодом, состоящим из 5 цветных колец.
- Конденсаторы пленочные майларовые можно рассматривать как стандартный конденсатор пленочного типа, обычно встречающийся в значениях от 0,001 мкФ до 0,22 мкФ, имеющий рабочее напряжение до 100 вольт постоянного тока.
В большинстве электронных схем используются следующие типы конденсаторов:
Керамический конденсатор:
Конденсатор, а именно керамический конденсатор, используется во многих приложениях, включая ВЧ и аудио.
Диапазон значений керамического конденсатора составляет от нескольких пикофарад до 0,1 мкФ. Керамические конденсаторы являются наиболее широко используемыми в промышленности, поскольку это самый надежный и дешевый из имеющихся конденсаторов.
Кроме того, еще одной причиной его обычного и широкого использования является очень низкий коэффициент потерь керамического конденсатора. Но коэффициент потерь конденсатора также зависит от диэлектрика, который используется в конденсаторе.
Керамические конденсаторы используются как для поверхностного монтажа, так и для выводов из-за конструктивных свойств конденсаторов.
Электролитический конденсатор:
Один из типов поляризованных конденсаторов - это электролитические конденсаторы.
Значения емкости, предлагаемые электролитическим конденсатором, очень высоки и составляют более 1 мкФ. Электролитические конденсаторы обычно используются в промышленности для приложений, работающих на низких частотах, таких как развязка, источники питания и приложения звуковой связи.
Это потому, что эти приложения имеют ограничение по частоте почти 100 кГц.
Танталовый конденсатор:
Другой тип конденсатора, который имеет поляризацию по своей природе, - это танталовый конденсатор. Уровень емкости, обеспечиваемый танталовыми конденсаторами при их объеме, очень высок.
Один из недостатков танталового конденсатора состоит в том, что танталовый конденсатор не допускает обратного смещения, которое может привести к взрыву конденсатора при воздействии напряжения.
Другим недостатком является то, что он имеет очень низкую устойчивость к токам пульсаций, и, следовательно, они не должны подвергаться воздействию высоких напряжений (например, напряжений, превышающих их рабочее напряжение) и высокого тока пульсаций. Танталовые конденсаторы доступны как для поверхностного монтажа, так и с выводами.
Серебряный слюдяной конденсатор:
Хотя использование серебряных слюдяных конденсаторов значительно сократилось в нынешнюю эпоху, стабильность, обеспечиваемая серебряными слюдяными конденсаторами, все еще очень высока, а также обеспечивает высокую точность и низкие потери.
Кроме того, имеется достаточно места в конденсаторах из серебряной слюды. Приложения, в которых они в основном используются, включают приложения RF.
Максимальные значения, которыми ограничен конденсатор из серебряной слюды, составляют примерно 100 пФ.
Конденсатор из полистирольной пленки:
Пленочные конденсаторы из полистирола обеспечивают конденсатор с жестким допуском везде, где это необходимо. Кроме того, эти конденсаторы относительно дешевле, чем у других конденсаторов.
Сэндвич из диэлектрика или пластины, присутствующие в конденсаторах из полистирольной пленки, скручены вместе, в результате чего конденсатор имеет трубчатую форму.
Размещение диэлектрического сэндвича и форма конденсатора ограничивают отклик конденсатора на высокие частоты из-за добавления индуктивности и, таким образом, реагируют только на несколько 100 кГц.
Пленочные конденсаторы из полистирола обычно доступны в виде компонентов электроники с выводами.
Конденсатор из полиэфирной пленки:
Допуск, обеспечиваемый конденсатором из полиэфирной пленки, очень низок, поэтому эти конденсаторы используются в ситуациях, когда приоритетным вопросом является стоимость.
Уровень допуска для большого процента доступных полиэфирных пленочных конденсаторов составляет 10% или 5%, и это считается достаточным для ряда приложений.
Пленочные конденсаторы из полиэстера обычно доступны в виде компонентов электроники с выводами.
Конденсатор из металлизированной полиэфирной пленки
Конденсаторы с металлизированной полиэфирной пленкой состоят из полиэфирных пленок, которые металлизированы и во всех других смыслах похожи на конденсаторы с полиэфирной пленкой или другую их форму.
Одно из преимуществ металлической полиэфирной пленки заключается в том, что она делает электроды очень малой ширины и, таким образом, позволяет также заключать конденсатор в корпус очень малых размеров.
Конденсаторы с металлизированной полиэфирной пленкой обычно доступны в виде компонентов электроники с выводами.
Конденсатор из поликарбоната:
В приложениях, где наиболее критическим и важным требованием является высокая производительность и надежность, в этих приложениях используются поликарбонатные конденсаторы.
Значение емкости сохраняется в поликарбонатных конденсаторах в течение длительного периода времени, так как их уровень допуска очень высок. Такие высокие уровни допусков достигаются благодаря стабильности поликарбонатной пленки, используемой в поликарбонатном конденсаторе.
Кроме того, коэффициент рассеяния у поликарбонатных конденсаторов очень низкий, они могут выдерживать широкий диапазон температур и оставаться стабильными.
Диапазон температур, которые выдерживает этот конденсатор, составляет от -55 ° C до + 125 ° C. Несмотря на все эти свойства, производство поликарбонатных конденсаторов значительно сократилось.
КПП или полипропиленовый конденсатор:
В конденсаторах этого типа требуемый уровень допуска выше, чем может обеспечить конденсатор из полиэстера, в этих случаях используются полипропиленовые конденсаторы.
В качестве диэлектрика в полипропиленовом конденсаторе используется полипропиленовая пленка.
Преимущество полипропиленового конденсатора перед другими конденсаторами заключается в том, что он может выдерживать очень высокое напряжение в течение определенного периода времени, и, таким образом, изменение уровня емкости из-за увеличения и уменьшения напряжения в течение периода времени очень мало.
Полипропиленовый конденсатор также используется в тех случаях, когда используется очень низкая частота, в основном в диапазоне 100 кГц, что является максимальным пределом.
Обычно полипропиленовый конденсатор представлен в виде компонентов электроники с выводами.
Стеклянные конденсаторы:
Диэлектрик, который используется в стеклянном конденсаторе, сделан из стекла. Несмотря на то, что стеклянные конденсаторы дороги, их производительность очень высока.
Способность стеклянных конденсаторов к высокочастотному току очень высока, а потери чрезвычайно низки. Кроме того, в стеклянных конденсаторах отсутствуют пьезоэлектрические помехи.
Все эти и некоторые дополнительные свойства стеклянных конденсаторов делают их наиболее подходящими и идеальными для ВЧ-приложений, требующих высокой производительности.
Суперконденсатор:
Другие названия, под которыми известен суперконденсатор, - ультраконденсатор или суперконденсатор.
Значения емкости этих конденсаторов очень велики, как таково их название. Уровень емкости ультраконденсатора приближается к нескольким тысячам Фарад.
Ультраконденсатор используется в промышленности для обеспечения удержания памяти, а также для различных целей в области автомобильных приложений. Под суперконденсатором включены различные основные типы конденсаторов.
Наряду с ними, существуют различные другие типы конденсаторов, которые используются, когда приложения являются специализированными по своей природе.
Идентификация конденсаторов в основном выполняется по их параметрам, таким как значения, которые указаны на корпусах конденсаторов. Чтобы параметры отображались компактно, маркировка параметров выполняется в виде кода.
ПЕРЕМЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ
Конденсаторы переменной емкости состоят из чередующихся частей металлических пластин: один набор является неподвижным и неподвижным, а другой - подвижным.
Пластины разделены диэлектриком, который может быть воздушным или твердым диэлектриком. Движение одного набора пластин сдвигает их общее сечение, тем самым изменяя емкость пластин.
Кроме того, стандартное различие между настроечными конденсаторами, используемыми для повторяющихся манипуляций (например, для настройки радиоприемной станции), и подстроечными конденсаторами, предназначенными для предварительной настройки настроенной схемы.
Настроечные конденсаторы обычно больше по размеру, имеют более мощную структуру и обычно имеют воздушный диэлектрик.
Подстроечные конденсаторы часто определяются слюдяным или пленочным диэлектриком, имеющим уменьшенное количество пластин, где емкость регулируется поворотом среднего болта для изменения деформации пластин и диэлектрической слюды.
Из-за того, что они более компактны по размеру, даже в этом случае подстроечный конденсатор может иногда использоваться как настроечный конденсатор в карманной FM-радиосхеме, хотя эксклюзивные мини-настроечные конденсаторы производятся для установки прямо на печатную плату.
Когда дело доходит до настройки конденсаторов, структура лопаток определяет способ изменения емкости при перемещении шпинделя.
Все эти атрибуты обычно относятся к одной из следующих категорий:
1. Линейный: каждый градус вращения шпинделя вызывает аналогичное изменение емкости. Это наиболее типичный вид радиоприемников.
2. Логарифмический: каждый градус движения шпинделя генерирует постоянно изменяющийся уровень частоты настроенного контура.
3. Равномерная частота: каждый отдельный градус движения шпинделя обеспечивает одинаковое изменение частоты в настроенной цепи. 4. Закон квадратов: изменение емкости пропорционально квадрату угла перемещения шпинделя.
Предыдущая статья: Понимание цветовой кодировки резисторов с практическими примерами Далее: Значения стандартных резисторов серии E
