Конденсаторы — это электронные компоненты, которые могут хранить электрический заряд в виде электрического поля.
Они состоят из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком — материалом, который не проводит электрический ток. Когда конденсатор заряжается, одна пластина становится положительной, а другая — отрицательной. Заряды на пластинах можно использовать для выполнения работы при их высвобождении в электрическую цепь.
Эти приборы используются для фильтрации определенных сигналов, хранения энергии, стабилизации напряжения и других задач в электронных устройствах. В зависимости от типа диэлектрика, конструкции и параметров, существуют различные типы конденсаторов, которые используются в электронике. В этой статье мы расскажем о следующих типах:
Диэлектрик — это материал, который обычно находится между двумя металлическими пластинами конденсатора и не проводит электрический ток. Диэлектрики увеличивают диэлектрическую прочность и емкость компонента за счет уменьшения взаимодействия зарядов на электродах.
В керамических конденсаторах диэлектриком служит керамика, которая может быть загущенной для увеличения емкости. В пленочных диэлектриком может служить пленка полиэстера или полипропилена. Электролитические имеют диэлектрический слой, состоящий из слоя оксида металла (алюминия или тантала), который образуется на поверхности анода в электролитическом растворе.
Выбор диэлектрика в конденсаторе зависит от необходимой емкости, допустимого тока утечки, рабочего диапазона температур и других параметров. Каждый тип диэлектрика обладает уникальными электрическими свойствами, определяющими его применение в конкретных электронных устройствах и приложениях.
Конденсаторы переменной емкости
Кпе — это электронные компоненты, у которых емкость может изменяться с помощью внешнего воздействия. Они состоят из двух металлических пластин, разделенных диэлектриком, как и обычные конденсаторы, но имеют дополнительный элемент, который изменяет емкость при изменении внешних условий.
Существует несколько типов конденсаторов переменной емкости:
Вакуумные — используются в основном в высокочастотных приложениях, таких как радиопередача.
На основе диэлектриков типа ПЗТ (пьезоэлектрических керамических материалов) — изменяют емкость при воздействии на них электрического или механического шума.
На основе переменных диэлектриков — используются для создания адаптивных радиочастотных фильтров и других электронных устройств, где требуется регулировать емкость.
С переменным расстоянием между пластинами — имеют движущиеся пластины, которые могут изменять расстояние между собой, что приводит к изменению емкости.
Керамические
Это электронные компоненты, используемые для фильтрации шума и фильтрации высоких частот в цепях. Они состоят из двух металлических пластин, разделенных тонким слоем керамического диэлектрика. Металлические пластины наносятся на обе стороны диэлектрика, что позволяет создавать емкость между ними.
Керамические конденсаторы имеют низкое внутреннее сопротивление и могут обеспечивать стабильный коэффициент диэлектрической постоянной во всем диапазоне рабочих температур. Кроме того, они обладают высокой стабильностью по капацитивности и менее восприимчивы к дрейфу емкости, чем другие типы.
Керамические приборы широко используются в электронике, включая радиотехнику, компьютеры, оборудование телекоммуникаций, автомобильную и другую промышленность.
Керамические конденсаторы класса 1
Это тип с высокой стабильностью емкости и низкой потерей, который используется в приложениях, где требуется высокая точность и низкий уровень шума. Они обычно имеют нанесенные серебряные электроды и диэлектрики на основе оксида титана (TiO2), с добавлением других материалов, таких как C0G (NP0) или U2J.
Керамические конденсаторы класса 1 отличаются от класса 2 и 3 следующими признаками:
более стабильная температурная характеристика
стоимость выше остальных классов
более низкое значение коэффициента температурной зависимости емкости (TCR)
могут работать в широком диапазоне рабочих температур и выдерживать её значительные перепады
Керамические конденсаторы класса 1 наиболее распространены во встроенных системах электроники, аналоговых и цифровых схемах, радиотехнике, аппаратуре сигнализации и других высокоточных и высокочастотных электронных устройствах, где требуется высокая стабильность и низкий шум.
Керамические конденсаторы класса 2
Такой тип используется в электронных устройствах, где требуется высокая емкость, но не критична точность ее значения.
Они обычно имеют нанесенные металлические электроды и могут использоваться с диэлектриками на основе оксида циркония или титаната бария (BaTiO3).
Отличаются более высокой ёмкостью, чем класса 1, но менее точной емкостью и более широким диапазоном температурных вариаций. Они имеют более высокое значение коэффициента температурной зависимости емкости (TCR), что обуславливает больший дрейф частоты в электронных схемах, которые используют эти конденсаторы.
Такой тип наиболее распространен в области потребительской электроники: телевизоры, мониторы, аудиоусилители и автомобильные радио.
Пленочный конденсатор
В этих конденсаторах пленка используется как диэлектрик. Пленочные могут быть фольговыми или металлизированными, что означает, что пленка может быть нанесена на фольгу или прямо на пластик. Металлизированные пленочные конденсаторы имеют более низкие индуктивность и импеданс, что обеспечивает более высокую скорость работы.
Среди преимуществ — более высокая точность, чем у керамических конденсаторов, способность держать высокие напряжения и рабочие температуры, низкие потери, высокая частота и хорошая стабильность емкости.
Пленочные компоненты широко используются в приборостроении, измерительной технике, высококачественных аудиосистемах, студийном оборудовании, акустике и рядах других промышленных и электронных схем.
Пленочные силовые
Такой тип используется в высоковольтных и высокотоковых цепях, где требуется высокая мощность и низкие потери. Они также могут использоваться для фильтрации сигналов, импульсных блоков питания, инверторов и других мощных электронных устройств.
Пленочные силовые конденсаторы могут быть фольговыми или металлизированными, обычно с диэлектриком на основе полипропилена или полиэстера. Они имеют более высокую емкость, чем большинство других типов, и могут держать высокие напряжения и рабочие токи.
Плюсами такого типа является: высокая надежность, долговечность, низкие потери и низкий уровень разряда. Они могут работать в широком диапазоне температур и имеют низкое внутреннее сопротивление и емкостное сопротивление.
Применяются с переменным током, например, в силовых инверторах и электронных преобразователях частот, а также в стабилизаторах напряжения и питания. В некоторых случаях они могут использоваться в зарядных устройствах и высокочастотных трансформаторах.
Из поликарбоната
Еще один представитель пленочных конденсаторов, который обычно используется в устройствах с высоким требованием к точности и устойчивости к высоким температурам. В качестве диэлектрика — поликарбонатная пленка.
Такие компоненты могут быть фольговыми или металлизированными. Фольговые обычно имеют две металлические фольги, разделенные слоем из поликарбоната. Металлизированные из поликарбоната имеют тонкую металлическую пленку, которая наносится прямо на поликарбонатную пленку.
Конденсаторы из поликарбоната обладают высокой точностью, малым тангенсом угла потерь и малым температурным дрейфом емкости. Они также имеют высокую стабильность в работе при высоких температурах и низкий уровень шума, что делает их идеальным выбором для применений, где требуется высокий уровень точности с высокой надежностью.
Используются в качестве активных и пассивных фильтров низких частот в аудио- и студийных устройствах, а также в высококачественных цифровых устройствах, прецизионных измерительных устройствах, таймерах, генераторах и других приборах, где важна точность работы.
Слюдяные с серебряными обкладками
Это тип использует слюду в качестве диэлектрика и имеет серебряные обкладки. Эти обкладки могут быть нанесены на фольгу из слюды или на металлические обкладки, которые находятся на обратной стороне слюды.
Слюда является хорошим диэлектриком благодаря ее хорошей изоляционной способности и малой влажности. Конденсаторы из слюды могут иметь высокую емкость при относительно небольших размерах и имеют хорошие электрические характеристики, например, низкую диссипативную фактор и низкий тангенс угла потерь.
Серебро — хороший проводник с низкой степенью окисления, что делает его идеальным для использования в электронных компонентах, как контактный материал. Это также может улучшить электрические характеристики конденсатора, например, улучшить сопротивление перехода.
Из-за технологических ограничений на производство слюдяных конденсаторов и высокой стоимости серебра, они обычно имеют более высокую стоимость по сравнению с другими типами. Поэтому следует тщательно проверять продавца, чтобы не потратить деньги на некачественную покупку.
Такие конденсаторы используются в ряде приложений, таких как радиосвязь, старинных радиоприемниках и других электронных устройствах, где важны точность и надежность работы.
Электролитические конденсаторы
Это тип конденсаторов, в которых электролитическая жидкость (обычно электролит) используется в качестве диэлектрика. Они имеют высокую емкость на единицу объема при небольших размерах, поэтому они широко применяются в электронных устройствах.
Одна из главных проблем, связанных с электролитическими конденсаторами, — это их небольшой срок службы. Электролитическая жидкость внутри со временем может высыхать, что приводит к его неисправности. Кроме того, если конденсатор превышает максимальный допустимый ток, может произойти его взрыв или пожар.
Электролитические конденсаторы применяются в различных устройствах, таких как блоки питания, стабилизаторы напряжения, фильтры низких частот, усилители и другие устройства. Они удобны в использовании благодаря своим компактным размерам и высокой емкости, что позволяет создавать устройства небольших размеров.
Алюминиевые электролитические конденсаторы
Это тип электролитических конденсаторов, в которых электролитическая жидкость используется как диэлектрик, а алюминиевый слой выполняет роль анодного электрода. Такой компонент проводит ток только в одном направлении (он имеет полярность), поэтому на нем указываются положительный (+) и отрицательный (-) выводы.
Танталовые электролитические конденсаторы
Танталовые электролитические конденсаторы — тип электролитических конденсаторов, в которых танталовый слой используется в качестве анодного электрода, а электролитическая жидкость — в качестве диэлектрика. Данный тип также имеет полярность и направление потока тока. Обычно они меньше по размеру и имеют более высокие показатели емкости и работы на высоких частотах, чем алюминиевые.
Полимерные конденсаторы
Это тип электролитических конденсаторов, в которых в качестве диэлектрика используется пленка полимера с высокой диэлектрической проницаемостью. Они доступны в двух основных вариантах: твердые полимерные конденсаторы (SP) и электролитические полимерные.
Имеют высокую емкость на единицу поверхности в сравнении с традиционными электролитическими, что позволяет им заменять большие конденсаторы на малых печатных платах. Они также обладают хорошей линейной зависимостью ёмкости от температуры и стабильностью в период длительных интервалов времени.
Полимерные широко применяются в электронике, включая портативные устройства, телекоммуникационное оборудование, компьютеры и источники питания. Они являются надёжными компонентами, которые обеспечивают высокую эффективность и стабильность работы устройств.
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
Такие конденсаторы используются для низких частот и имеют диэлектрик на основе бумаги, который прослужит несколько лет.
Бумажные представляют собой параллельную плоскость с проводником, разделенным бумажным диэлектриком. В силу своей конструкции они способны выдерживать высокие напряжения и имеют хорошую устойчивость к температурным колебаниям. Их также легко отличить по внешнему виду, так как они имеют обычно коричневый или черный цвет и довольно большие размеры по сравнению со современными конденсаторами.
Металлобумажные состоят из металлической фольги, разделенной диэлектриком из бумаги. Они могут быть однослойными или многослойными, их также можно использовать вместе с другими конденсаторами в цепи, чтобы добиться более высоких параметров. В силу своей конструкции металлобумажные обладают высокой точностью и стабильностью по сравнению с бумажными. Однако они также имеют довольно большие размеры и требуют точной настройки в процессе изготовления.
И те, и другие конденсаторы применяются в ряде электронных устройств, включая аудио-усилители, радиоприемники, электромеры, но в большинстве случаев они заменяются на более компактные и стабильные объемные и пленочные.
Суперконденсаторы
Это энергетические устройства, которые используются для хранения больших объемов электрической энергии в электрическом поле в противоположность химическому хранению энергии в батареях. Суперконденсаторы отличаются от обычных высокой емкостью и способностью хранить энергию на более длительный период времени.
Они состоят из двух электродов, растворенных в электролите, и имеют быстрый режим зарядки и разрядки благодаря большой поверхности электродов.
Суперконденсаторы обладают высокой энергетической плотностью, более высокой, чем у электрических батарей, и имеют длительный срок эксплуатации.
Такие компоненты находят широкое применение в электроэнергетике, транспорте, системах аварийного питания, ноутбуках, мобильных устройствах и других приложениях. Суперконденсаторы могут использоваться в качестве дополнительной поддержки батарей или же как источник электроэнергии в автономных системах. Помимо этого, они могут быть использованы для сглаживания пиковых нагрузок и стабилизации напряжения в электрических схемах.
Конденсаторы с воздушным диэлектриком
Этот тип конденсаторов является одним из наиболее простых и точных. Диэлектриком является воздух, что обеспечивает низкую потерю и высокую диэлектрическую прочность. Конструкцией является пара металлических пластин, расположенных параллельно друг другу и размещенных на небольшом расстоянии. Расстояние между пластинами определяет емкость конденсатора.
Основным преимуществом компонентов с воздушным диэлектриком является высокая точность. Такие конденсаторы обладают малым собственным электрическим шумом, что позволяет применять их в высокоточных измерительных устройствах. Они также имеют широкий диапазон рабочих температур и высокую работоспособность в условиях повышенной влажности.
Однако, несмотря на все преимущества, конденсаторы с воздушным диэлектриком редко используются в современных устройствах из-за их больших размеров и веса. Они обычно заменяются более компактными и легкими пленочными или керамическими.