В этом разделе мы внимательно посмотрим на различные типы конденсаторов – рассмотрим их наиболее значимых параметров, затем вернитесь к более широкому обсуждению различных областей их применения и, наконец, дам вам ряд необходимых указаний и примеров. Как упоминалось в предыдущем разделе, не обязательно читать этот материал, если вы не будите проектировать свои собственные схемы. Но я думаю, что вам это будет интересно. В таком случае, эта информация для вас.

На рисунке 1 вы можете увидеть, какой тип конденсаторов доступен на рынке, и с какими пределами емкости эти типы производятся.

Рисунок 1 - типы конденсаторов и границы их емкости.

Мы обсуждали их два месяца назад, поэтому не буду повторяться.

Позвольте мне дать только четыре из наиболее важных графиков польских конденсаторов: алюминиевых (рис. 2) и танталовых (рис. 3). "Тантал" 196D похож на розовую каплю, 164d имеют цилиндрический корпус с осевыми выводами. Обратите внимание, как уменьшается емкость «электролитов» на более высоких частотах, а так же увеличиваются потери tgd. Теперь я думаю, нет сомнений, что они не предназначены для работы на высоких частотах.

Электролитические конденсаторы имеют самый высокий процент отказов из всех конденсаторов. Помните правило, согласно которому надежность электролита уменьшается в два или более, раз, если температура конденсатора поднимается на 10 градусов. Это не только температура окружающей среды, а так же повышение температуры, вызванное потерей мощности (произведение эффективного значения переменного тока и сопротивления ESR). Это относится, прежде всего к конденсаторам, используемых в импульсных источниках питания для которых в рабочие частоты составляют порядка десятков килогерц.

Рисунок 2 - емкость и tgd алюминиевого электролитического конденсатора, зависимость от частоты

Керамические конденсаторы делятся четко на три группы.

Так называемый тип 1 производится с использованием диэлектрика с диэлектрической проницаемостью в пределах 10 .. 600. Эти конденсаторы характеризуются малыми потерями и, что интересно, производятся со специфическим фактором зависимости емкости от температуры −1500...+150ppm/K. Это позволяет легко компенсировать температурную не стабильность резонансных схем.

Некоторые каталоги (в том числе отечественные) включают в себя температурный коэффициент в виде, например, N750, NP0, P150 и т.д., которая означает, −750, ±0, +150ppm/K (т. е. -0,075, ± 0, ±, 150 /° C). В большинстве западных каталогах, вы не найдете обозначения NP0, там C0G или в более ранних CG обозначения, показывают, что эти конденсаторы имеют нулевой коэффициент температуры.

Керамические конденсаторы типа 1 вероятно, одни из самых популярных конденсаторов, но, к сожалению, их емкость ограничена единицами нанофарад максимум несколько десятков.

Рисунок 3 - емкость и tgd танталовых конденсаторов в зависимости от частоты

Сегнетоэлектрические (тип 2)

Сегнетоэлектрических конденсаторов (тип 2) имеют большую емкость при небольших размерах. К сожалению, это достигается за счет ухудшения многих параметров. На рисунке 4 кривые, показывают связь между частотой, напряжением и емкостью конденсатора с диэлектриком, имеющим маркировку 2F4.

Пожалуйста, обратите внимание на большие, даже огромные изменения емкости с которыми приходится считаться - фактическая емкость может быть в пять раз меньше (!) от номинальной емкости. Только tgd и ЭПС изменяются не значительно в довольно широком диапазоне частот.

Резонансная частота сегнетоэлектрических конденсаторов 100nF, как правило, используется для высокочастотной развязки силовых цепей для частот около 5..10 МГц, 10 nF – несколько десятков МГц, показано на рисунке 5. Конденсаторы без выводов, предназначенные для поверхностного монтажа, имеют резонансные частоты приблизительно на 50% выше.

На основании рисунка 5 можно так же оценить значение ESR конденсаторов - небольшое, порядка десятка милиом.

Таким образом, хотя 2 типа конденсаторов не подходит для прецизионных применений, однако, из-за низкой цены, ни получили широкое применение в развязки питания, связи различных каскадов, и т.д.

Рисунок 4 - зависимость емкость конденсатора 2-го типа от температруты и приложенного постоянного напряжения

Рисунок 5 - Зависимость импеданса конденсаторов 2-го типа от частоты

Керамические конденсаторы, так называемые полупроводниковые похожи на ферроэлектрические, но имеют еще меньшие размеры. Полученные за счет другой конструкции.

Классические пленочные конденсаторы это две полоски алюминиевой фольги, разделенных диэлектриком материал - полиэтиленовой пленкой. Наиболее распространенные на рынке, пленочные конденсаторы другой структуры - это так называемые конденсаторы металлизированные. Тонкий слой металла (алюминия) наноситься вакуумным напылением, с обоих сторон полиэтиленовой пленки. Металлизированные конденсаторы можно легко отличить, потому что у них есть буква М в обозначении - например, польские MKSE, KMP, KFMP, MKSP или иностранные MKT, IPC, МКС (за исключением архаических слюдяные конденсаторы, которые также имеют букву М в маркировке). Наверное, знаете, что в качестве диэлектрика используется пленка, изготовленная из различных материалов, различных свойств таким образом получаются разные типы конденсаторов.

Рисунок 7 - изменение емкости пленочных конденсаторов разных типов от температуры

Рисунок 8 - зависимость потер мощности tgd от температуры пленочных конденсаторов разных типов

Полистироловые конденсаторы (стирофлексовые) в Польше обозначают KSF, в Европе – KS. Они являются наиболее стабильными из популярных пленочных конденсаторов.

Емкость "стирофлексов" практически не зависит от частоты, что для пленочных конденсаторов является исключением. Емкость также мало меняется с течением времени - не более 0,2 ... 0,5% в течение нескольких лет. Эти конденсаторы имеют небольшой отрицательный температурный коэффициент около -130 ppm/K, и небольшую зависимость от влажности окружающего воздуха (+60 ... +200 ppm/K). Диэлектрические потери tgd малы, как правило, меньше, чем 0,0005. Самостоятельная индуктивность составляет около 1 nH на 1 мм активных проводников конденсатора. Индуктивность и емкость конденсатора образует последовательный резонансный контур, что снижает верхние частоты. На рисунке 6 показана зависимость собственных резонансных частот стерофлексовых конденсаторов известных фирм.

В связи с хорошими параметрами, только эти конденсаторы изготавливаются со строгими допусками даже ± 0,5% (например, польские KSF-022).

Полистироловые конденсаторы широко используются в цепях высокой и низкой частоты, но теперь они заменяются на керамические конденсаторы первого типа. Другой важной областью применения точных стерофлексовых конденсаторов были все виды фильтров, используемых в телекоммуникациях. Отрицательный температурный коэффициент конденсаторов компенсируют изменение индуктивности ферритовых катушек. Теперь, в связи с увеличением "цифры" в сфере телекоммуникаций, их область применения значительно сократилась.

Другие пленочные конденсаторы являются менее стабильными и не предназначены для прецизионных схем, так что каталоги не дают подробное описание многих параметров. Как правило, это металлизированные конденсаторы. Они изготавливаются с допуском, в лучшем случае ± 5% но, как правило, ± 10 и ± 20%.

На рисунке 7 для сравнения я даю вам зависимость емкости от температуры для нескольких пленочных конденсаторов, и по аналогии на рисунке 8 температурная зависимость tg d. Под влиянием пайки, с течением времени, изменения температуры, влажность и т.д. .. емкость может изменяться на несколько процентов. Вы можете видеть, какие не очень подходят для схем, требующих высокой стабильности параметров.

Рисунок 6 - резонансные частоты мощных стирофлексовых конденсаторов.

Полиэфирные конденсаторы (так называемые полиэтиленовые тетра пластиковые) – польские обозначаются MKSE, европейские - MKT. Они являются в настоящее время самыми популярными пленочными конденсаторами - широко используются во всем электронном оборудовании на низких и средних частотах. В английском литературе часто предлагается использование "хороших майларовых конденсаторов " (mylar capacitors). Я несколько лет назад долго задавались вопросом, где взять такие экзотические конденсаторы; потому что не знал, это они простые конденсаторы MKT, или отечественные MKSE.

Вы можете использовать информацию, о том как емкость полиэстера зависит от частоты – это показано на рисунке 9.

Рисунок 9 - зависимость емкости полистероловых конденсаторов от частоты

Поскольку они являются наиболее часто используемые конденсаторами, вы должны точно знать зависимость их емкости для разных частот – показано на рисунке 10. На рисунке 11 показано зависимость сопротивления от частоты и резонансная частота для конденсаторов различной емкости. Это очень важная информация, демонстрируют примерно, в котором частотном диапазоне использовать конденсаторы и каковы их потери на сопротивлении ESR. Конечно, это не имело бы смысла при работе с частотой намного превышающей собственную резонансную частоту – с большой частотой используются конденсаторы меньшей емкости, которые, в общем, и так будут иметь более низкий импеданс.

Рисунки 9 .. 11 относятся к конденсаторам Thomson использующихся в наборах AVT. Сравните рисунки 11 и 5. Обратите внимание, что современные пленочные конденсаторы с соответствующей структурой имеют низкую индуктивность, сопоставимы с керамическими конденсаторами. То же самое относится к сопротивлению потерь.
Похоже, они могут, использованы как взаимозаменяемые – для развязки цепей питания, однако, гораздо дешевле "керамические".

Рисунок 10 - зависимость емкости полистироловых конденсаторов от температуры

Рисунок 11 - импеданс полистироловых кондесаторов в зависимости от частоты

Полиэфирные конденсаторы имеют приличное (но не сенсационное) значение tgd в пределах 0,001 ... 0,01. Тем не менее, там, где они используются, это как правило не имеет практического значения.

Хотя, в принципе, полиэфирные конденсаторы не предназначен для использования при больших переменных напряжениях и токах, однако, могут быть успешно использованы в качестве без трансформаторного источника питания как токоограничивающие элементы без потерь мощности (это будет обсуждаться в следующем разделе). При таких обстоятельствах нужно будет номинальное напряжение конденсаторов 250В или 400В, потому что они могут быть использованы с напряжения переменного тока не более 160В и 200В соответственно. В цепи 220 должны быть использованы полиэфирные конденсаторы с номинальным напряжением 630V!

На рисунке 12 показана зависимость допустимой частоты переменного напряжения для польских конденсаторов MKSE-020 630V. Ограничения на более высоких частотах за счет потери в диэлектрике, которые вызывают нагрев конденсатора; Эта цифра косвенно указывает, следовательно, значение ESR в зависимости от частоты.

Рисунок 12 - зависимость допустимого напряжения и тока для конденсатора MKSE−20 630V от частоты

Конденсаторы поликарбонатовые (поликарбонат) в Польше не производятся - европейские обозначаются МКС. Преимущество примерно в пять раз меньше чем у MKT конденсаторов, зависимость емкости от частоты, малая зависимость емкости от температуры (± 1% в диапазоне -20 ... +70 ° C), в несколько раз меньше значение tg d - см. рис 7 и 8. К сожалению, по неизвестным мне причинам (возможно, из-за большего размер) конденсаторы не являются популярными, так что даже не все известные компании их предлагают.

Полипропиленовые конденсаторы, польские обозначаются KMP, KFMP, европейские IPC. Они предназначены главным образом для использования в импульсных цепях, где напряжение и токи имеют значительные скачки. Эти конденсаторы используются в схемах развертки телевизоров и импульсных блоках питания. Мы в основном будет использовать их в уже упомянутых без трансформаторных блоках питания и возможно в некоторых импульсных системах – например в фильтрах помех.