Меню

Ток утечки конденсатора причины и особенности

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Ток утечки конденсатора: причины и особенности

Конденсатор является наиболее распространенным компонентом в электронике и используется почти во всех электронных устройствах. Есть много типов конденсаторов, доступных на рынке для различных целей в любой электронной схеме. Они доступны во многих различных значениях емкости от 1 пикофарадного до 1-фарадного конденсатора и суперконденсатора (ионистора). Конденсаторы также имеют различные типы характеристик, такие как рабочее напряжение, рабочая температура, допуск на номинальное значение и ток утечки.

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Ток утечки конденсатора является критическим фактором для применения, особенно если он используется в силовой электронике или аудиоэлектронике. Различные типы конденсаторов обеспечивают разные значения тока утечки. Помимо выбора идеального конденсатора с надлежащей утечкой, цепь также должна иметь возможность контролировать ток утечки. Итак, сначала мы должны иметь четкое понимание тока утечки конденсатора.

Ток утечки конденсатора имеет прямую связь с диэлектриком конденсатора. Давайте посмотрим на следующее изображение.

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Это изображение представляет собой внутреннюю конструкцию алюминиевого электролитического конденсатора. Алюминиевый электролитический конденсатор состоит из нескольких частей, которые заключены в компактную герметичную упаковку. Эти части: анод, катод, электролит, диэлектрический слой изолятора и т. д.

Диэлектрический изолятор обеспечивает изоляцию проводящей пластины внутри конденсатора. Но поскольку в этом мире нет ничего идеального, изолятор не является идеальным изолятором и имеет допуск на изоляцию. Из-за этого через изолятор будет проходить очень небольшое количество тока. Этот ток называется током утечки.

Такое протекание тока может быть продемонстрировано с помощью схемы простого конденсатора и резистора.

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Резистор имеет очень высокое значение сопротивления, которое можно идентифицировать как сопротивление изолятора, а конденсатор используется для воспроизведения фактического конденсатора. Поскольку резистор имеет очень высокое значение сопротивления, ток, протекающий через резистор, очень низкий, как правило, в нескольких наноампер. Сопротивление изоляции зависит от типа диэлектрического изолятора, поскольку различные типы материалов изменяют ток утечки. Низкая диэлектрическая постоянная обеспечивает очень хорошее сопротивление изоляции, что приводит к очень низкому току утечки. Например, конденсаторы полипропиленового, пластикового или тефлонового типа являются примером низкой диэлектрической проницаемости. Но для этих конденсаторов емкость меньше. Увеличение емкости также увеличивает диэлектрическую проницаемость. Электролитические конденсаторы обычно имеют очень высокую емкость, и ток утечки также высок.

От чего зависит ток утечки конденсатора

Ток утечки конденсатора обычно зависит от следующих четырех факторов: диэлектрический слой, температура окружающей среды, температура хранения, приложенное напряжение. Рассмотрим влияние этих факторов на ток утечки.

Конструкция конденсатора требует химического процесса. Диэлектрический материал является основным разделением между проводящими пластинами. Поскольку диэлектрик является главным изолятором, ток утечки имеет с ним большие зависимости. Поэтому, если диэлектрик закаливается в процессе производства, это будет непосредственно способствовать увеличению тока утечки. Иногда в диэлектрических слоях присутствуют примеси, что приводит к слабости слоя. Более слабый диэлектрик уменьшает ток, что также способствует медленному процессу окисления. Не только это, но и неправильное механическое напряжение также способствуют диэлектрической слабости в конденсаторе.

Конденсатор имеет рейтинг рабочей температуры. Максимальная рабочая температура может варьироваться от 85 градусов Цельсия до 125 градусов Цельсия или даже больше. Поскольку конденсатор представляет собой химически составленное устройство, температура имеет прямую связь с химическим процессом внутри конденсатора. Ток утечки обычно увеличивается, когда температура окружающей среды достаточно высока.

Хранение конденсатора в течение длительного времени без напряжения – плохо для конденсатора. Температура хранения также является важным фактором для тока утечки. Когда конденсаторы хранятся, оксидный слой подвергается воздействию материала электролита. Оксидный слой начинает растворяться в материале электролита. Химический процесс отличается для разных типов электролита. Электролит на водной основе нестабилен, тогда как инертный электролит на основе растворителя обеспечивает меньший ток утечки из-за уменьшения окислительного слоя.

Каждый конденсатор имеет номинальное напряжение. Поэтому использование конденсатора выше номинального напряжения – это плохо. Если напряжение увеличивается, ток утечки также увеличивается. Если напряжение на конденсаторе выше номинального напряжения, химическая реакция внутри конденсатора создает газы и разлагает электролит.

Если конденсатор хранится в течение длительного времени, например, в течение многих лет, конденсатор необходимо восстановить в рабочее состояние, обеспечив номинальное напряжение в течение нескольких минут. На этой стадии окислительный слой снова накапливается и восстанавливает конденсатор в функциональной стадии.

Как уменьшить ток утечки конденсатора

Как обсуждалось ранее, конденсатор имеет зависимости от многих факторов. Первый вопрос: как рассчитывается срок службы конденсатора? Ответ заключается в подсчете времени до истечения электролита. Электролит расходуется окислительным слоем. Ток утечки является основным компонентом для измерения степени загрязнения окислительного слоя. Следовательно, уменьшение тока утечки в конденсаторе является основным ключевым компонентом для срока службы конденсатора.

Производство или производственная установка – это первое место в жизненном цикле конденсаторов, где конденсаторы тщательно изготавливаются для обеспечения низкого тока утечки. Необходимо принять меры предосторожности, чтобы диэлектрический слой не был поврежден.

Второй этап – хранение. Конденсаторы должны храниться при надлежащей температуре. Неправильная температура влияет на электролит конденсатора, что еще более ухудшает качество окислительного слоя. Убедитесь, что конденсаторы хранятся при надлежащей температуре окружающей среды, меньше максимальной величины.

На третьем этапе, когда конденсатор припаян на плате, температура пайки является ключевым фактором. Потому что для электролитических конденсаторов температура пайки может стать достаточно высокой, превышающей температуру кипения конденсатора. Температура пайки влияет на диэлектрические слои на свинцовых выводах и ослабляет окислительный слой, что приводит к высокому току утечки. Чтобы преодолеть это, каждый конденсатор поставляется с паспортом, где производитель указывает безопасную температуру пайки и максимальное время выдержки. Нужно быть осторожным с этими оценками для безопасной работы соответствующего конденсатора. Это также применимо к конденсаторам поверхностного монтажа (SMD), пиковая температура пайки оплавлением или волной не должна превышать максимально допустимого значения.

Поскольку напряжение на конденсаторе является важным фактором, напряжение на конденсаторе не должно превышать номинальное напряжение.

Не менее важна балансировка конденсатора в последовательном соединении. Последовательное соединение конденсаторов представляет собой сложную работу по балансировке тока утечки. Это связано с дисбалансом тока утечки, делением напряжения и разделением между конденсаторами. Раздельное напряжение может быть различным для каждого конденсатора, и может быть вероятность того, что напряжение на конкретном конденсаторе может быть больше, чем номинальное напряжение, и конденсатор начнет работать со сбоями.

Чтобы преодолеть эту проблему, два отдельных резистора добавляются параллельно конденсаторам, чтобы уменьшить ток утечки. На рисунке ниже показана методика балансировки, при которой два последовательно соединенных конденсатора уравновешиваются с помощью высококачественных резисторов.

Читайте также:  Оценочная таблица профессионально значимых качеств специалиста выдвинутого в резерв

Что такое ток утечки конденсатора и как его уменьшить

Используя метод балансировки, можно регулировать разницу напряжения, которая влияет на ток утечки.

Источник

ESR конденсатора

Содержание

  1. Реальные параметры конденсатора
  2. Где “прячется” ESR в конденсаторе
  3. Почему вредно большое значение ESR
  4. ESR электролитических конденсаторов
  5. Таблица ESR
  6. Как измерить ESR
  7. Конденсаторы с низким ESR
  8. Заключение

ESR – оно же эквивалентное последовательное сопротивление – это очень важный параметр конденсаторов. Для чего он нужен и как его определить, об этом мы как раз и поговорим в нашей статье.

Реальные параметры конденсатора

Думаю, все вы в курсе, что в нашем бесшабашном мире нет ничего идеального. То же самое касается и электроники. Радиоэлементы, каскады, радиоузлы также частенько дают сбои. Можно даже вспомнить недавнюю историю с космическим кораблем “Прогресс”. Сбой какого-то узла повлек гибель целого гиганта космической отрасли. Даже простой, на первый взгляд, радиоэлемент конденсатор, имеет в своем составе не только емкость, но и другие паразитные параметры. Давайте рассмотрим схему, из чего все-таки состоит наш реальный конденсатор?

r – это сопротивление диэлектрика и корпуса между обкладками конденсатора

С – собственно сама емкость конденсатора

ESR – эквивалентное последовательное сопротивление

ESI (чаще его называют ESL) – эквивалентная последовательная индуктивность

Вот на самом деле из чего состоит простой безобидный конденсатор, особенно электролитический. Рассмотрим эти параметры более подробно:

r – сопротивление диэлектрика. Диэлектриком может быть электролит в электролитических конденсаторах, бумага или еще какая-нибудь дрянь). Также между выводами конденсатора находится его корпус. Он тоже обладает каким-то сопротивлением и тоже сделан из диэлектрика и относится сюда же.

С – емкость конденсатора, которая написана на самом конденсаторе плюс-минус некоторые отклонения, связанные с погрешностью.

ESI(ESL) – последовательная индуктивность – это собственная индуктивность обкладок и выводов. На низких частотах можно не учитывать. Почему? Читаем статью катушка индуктивности в цепи постоянного и переменного тока.

Где “прячется” ESR в конденсаторе

ESR представляет из себя сопротивление выводов и обкладок

Как вы знаете, сопротивление проводника можно узнать по формуле:

ρ – это удельное сопротивление проводника

l – длина проводника

S – площадь поперечного сечения проводника

Так что можете посчитать приблизительно сопротивление выводов конденсатора и заодно его обкладок 😉 Но, конечно же, так никто не делает. Для этого есть специальные приборы, которые умеют замерять этот самый параметр. Например, мой прибор с Алиэкспресса, который я недавно приобрел.

Почему вредно большое значение ESR

Раньше, еще когда только-только стали появляться первые электронные схемы, такой параметр, как ESR даже ни у кого не был на слуху. Может быть и знали, что есть это сопротивление, но оно никому не вредило. Но… с появлением первых импульсных блоков питания все чаще стали говорить о ESR. Чем же столь безобидное сопротивление не понравилось импульсным блокам питания?

На нулевой частоте (постоянный ток) и низких частотах, как вы помните из статьи конденсатор в цепи постоянного и переменного тока, конденсатор сам оказывает большое сопротивление электрическому току. В этом случае какие-то паразитные доли Ома сопротивления ESR не будут влиять на параметры электрической цепи. Все самое интересное начинается тогда, когда конденсатор работает в высокочастотных цепях (ВЧ).

Мы с вами знаем, что конденсатор пропускает через себя переменный ток. И чем больше частота, тем меньше сопротивление самого конденсатора. Вот вам формула, если позабыли:

где, Х С – это сопротивление конденсатора, Ом

П – постоянная и равняется приблизительно 3,14

F – частота, измеряется в Герцах

С – емкость, измеряется в Фарадах

Но, одно то мы не учли… Сопротивление выводов и пластин с частотой не меняется! Так… и если пораскинуть мозгами, то получается, что на бесконечной частоте сопротивление конденсатора будет равняться его ESRу? Получается, наш конденсатор превращается в резистор? А как ведет себя резистор в цепи переменного тока? Да точно также как и в цепи постоянного тока: греется! Следовательно на этом резисторе будет рассеиваться мощность P в окружающую среду. А как вы помните, мощность через сопротивление и силу тока выражается формулой:

I – это сила тока, в Амперах

R – сопротивление резистора ESR, в Омах

Значит, если ESR будет больше, то и мощность рассеивания тоже будет больше! То есть этот резистор будет хорошенько нагреваться.

Догоняете о чем я вам толкую? 😉

Из всего выше сказанного можно сделать простенький вывод: конденсатор с большим ESR в высокочастотных цепях с большими токами будет нагреваться. Ну да ладно, пусть себе греется… Резисторы и микросхемы тоже ведь греются и ничего! Но весь косяк заключается в том, что с увеличением температуры конденсатора меняется и его емкость! Есть даже такой интересный параметр конденсатора, как ТКЕ или Температурный Коэффициент Емкости. Этот коэффициент показывает, насколько поменяется емкость при изменении температуры. А раз уже “плавает” емкость, то вслед за ней “плывет” и схема.

ESR электролитических конденсаторов

В основном параметр ESR касается именно электролитических конденсаторов. Электролит, который там есть, теряет часть своих свойств при нагреве и конденсатор меняет свою емкость, что, конечно же, нежелательно. После приличного нагрева конденсатор начинает тупить, вздувается и быстро стареет.

У вздувшихся конденсаторов в первую очередь как раз ESR и растёт, тогда как ёмкость до определённого времени может оставаться практически номинальной ( ну той, которая написана на самом конденсаторе)

Источник



ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ КОНДЕНСАТОРОВ

Исправность электролитических конденсаторов проверяют внешним осмотром и измерением сопротивления утечки.

Типы электролитических конденсаторов

При проверке внешнего вида конденсатора выясняют:

1) обозначены ли величины номинальной емкости и рабочего напряжения, месяц и год изготовления;

2) не загрязнена ли поверхность конденсатора, не имеет ли она забоин и вмятин глубиной более 0,2 мм;

3) облужены ли выводы конденсатора и не имеют ли они надломов, трещин и забоин.

После осмотра конденсатора проверяют контактный узел вывода. Выполняют это приложением к контактному лепестку или к проволочным выводам небольшого усилия, направленного по оси вывода. Растяжение узла не должно вызывать появления каких-либо повреждений.

Электрические испытания заключаются в наблюдении за зарядом конденсатора ог гальванических элементов, питающих омметр, и измерении сопротивления утечки конденсатора (см. рис. 1.18).

Если конденсатор исправен, то стрелка прибора сначала быстро отклоняется вправо, доходя до отметки 0 шкалы (в зависимости от емкости конденсатора), а затем относительно медленно движется влево и устанавливается над одной из отметок участка шкалы -> ∞ .

Если же конденсатор потерял емкость или имеет значительную утечку, то в первом случае стрелка прибора почти не отклоняется вправо, во втором — отклоняется до нуля или почти до нуля, а затем устанавливается против отметки, расположенной на участке 0 шкалы.

Читайте также:  Процесс наведения спутниковой антенны на Ямал

Чем меньше емкость конденсатора, тем на меньший угол отклоняется стрелка вправо в момент присоединения тестера к конденсатору, а чем больше утечка, тем, во-первых, медленнее движется стрелка влево после своего возвращения, и, во-вторых, тем дальше устанавливается она в конце заряда от знака .

Наглядное представление о величине утечки конденсатора дает ток его подзаряда. Если зарядить конденсатор, а затем отключить его от источника напряжения, то вследствие несовершенства изоляции между обкладками напряжение на конденсаторе со временем уменьшается.

Чтобы достичь прежнего значения напряжения, необходимо подзарядить конденсатор. Чем больше ток, требующийся для восстановления первоначального напряжения на конденсаторе, тем, очевидно, больше энергии потерял конденсатор при своем саморазряде и, следовательно, тем больше его ток утечки.

Испытание электролитических конденсаторов на утечку методом подзаряда производят следующим образом

Подготавливают ампервольтомметр (например, комбинированный прибор типа Ц435) для измерения сопротивлений на шкале «Rх Х 100». Затем присоединяют проводники омметра к конденсатору и выжидают, пока стрелка прибора не установится над одной из крайних отметок левой части шкалы. После этого отключают от конденсатора на несколько секунд один из проводников прибора и, снова присоединяя его к конденсатору, замечают бросок стрелки вправо. Чем больше угол, на который отклоняется стрелка при подзарядке конденсатора, тем больше ток утечки.

При отборе конденсаторов по току утечки руководствуются следующим:

1) измерению тока утечки предшествует выдержка конденсаторов под номинальным рабочим напряжением в течение:

— 0,5 часа при хранении конденсаторов до б месяцев

— 1,0 » » до 1,0 года

— 3,0 часов » свыше 1,0 »

2) ток утечки измеряют при номинальном рабочем напряжении и температуре +15° +25°С;

3) отсчет производят через 1 минуту после приложения напряжения к конденсатору;

4) ток утечки растет с увеличением емкости конденсатора и приложенного к нему напряжения. Так, для конденсаторов КЭ-1, КЭ-2 и КЭ-3 ток утечки не должен превышать величины:

Iут = 0,0001 СU + Iо,

где С — номинальная емкость, мкФ,

U — номинальное рабочее напряжение В,

Iо — ток, равный: 0,2 мА для конденсаторов емкостью до 5 мкФ,

0,1 мА для конденсаторов емкостью от 8 до 50 мкФ,

0 мА для конденсаторов емкостью более 50 мкФ.

И в заключение несколько слов о шумах, вызываемых некоторыми неисправными электролитическими конденсаторами.

Иногда из-за плохих контактов в выводах конденсатора напряжение на нем не остается постоянным, а беспорядочно изменяется, несмотря на присоединение конденсатора к источнику постоянного напряжения. Эти колебания напряжения очень малы, но если они усиливаются, то на выходе устройства появляются шумы, мешающие приему полезных сигналов.

Испытание конденсатора на качество контактов в выводах проводят следующим образом

Собирают схему, изображенную на рис. 1.19.

После сборки схемы присоединяют проводники П1, и П2 к гнездам звукоснимателя радиоприемника, устанавливают делителем R1 напряжение, равное приблизительно Uраб, и слегка ударяют несколько раз пальцем по испытываемому конденсатору. Если последний исправен, то в громкоговорителе ничего не слышно, даже если перевести ручку «Громкость» в крайнее правое положение. Если же контакты в выводах конденсатора плохие, то в громкоговорителе возникают трески и шорохи.

Схема устройства для испытания электролитического конденсатора на качество контактов в выводах

Рис. 1.19. Схема устройства для испытания электролитического конденсатора на качество контактов в выводах:

З1 и 32 — зажимы, присоединяемые к выпрямителю с хорошо сглаженным напряжением, равным или превышающим рабочее напряжение (Uраб испытываемого конденсатора; R1 — двухваттный делитель напряжения сопротивлением 100 кОм; V — вольтметр постоянного тока, рассчитанный на измерение напряжения, равного рабочему напряжению конденсатора; С1 — испытываемый конденсатор; R2 — резистор сопротивлением 100 — 200 кОм; С2 — слюдяной керамический или бумажный конденсатор емкостью от 5000 пФ до 0,1 мкФ.

Источник

Конденсаторы

Требования, предъявляемые к конденсаторам, предназначенным для использования в современных ламповых усилителях, существенно отличаются от требований для обычной бытовой радиоаппаратуры. Начнем с переходных или разделительных конденсаторов, включаемых между анодом лампы предыдущего каскада и управляющей сеткой последующего.

Требования к переходным или разделительным конденсаторам, включаемым между анодом лампы предыдущего каскада и управляющей сеткой последующего каскада

Рис. 1 Cp — Разделительный конденсатор в цепи анода предыдущего каскада и сетки последующего.

Как правило, к обкладкам такого конденсатора бывает приложе­но довольно высокое постоянное напряжение (100. 450 В), поэтому первое требование к ним — это соответствующее рабочее напряжение, которое должно, по крайней мере, на 30. 50% превышать реально приложенное в схеме, т.е. иметь паспортное значение 150. 900 В.

Нынешнее поколение радиолюбителей, воспитанное на полупроводниковой элементной базе, уже успело отвыкнуть от таких значений рабочих напряжений, поэтому на этот параметр следует обратить особое внимание.

Но главное требование к переходным (разделительным) конденсаторам — это недопустимость сколько-нибудь заметной утечки. Для того чтобы это было понятно, напомним, что переходной конденса­тор одним концом подключен к источнику постоянного напряжения 200. 450 В (анод предыдущей лампы), а другим — к сетке лампы следующего каскада, в цепи которой включен резистор утечки сетки сопротивлением 0,5 … 1 МОм. Если даже ток утечки конденсатора составит всего 1 мкА, то на резисторе сопротивлением 1 МОм он создаст падение напряжения в 1 В, а это сдвинет на характеристике рабочую точку лампы также на 1 В, что сделает бессмысленной саму идею создания высококачественного усилителя.

Поэтому все без исключения конденсаторы для переходных цепей должны быть предварительно проверены и отобраны по параметру отсутствия тока утечки.

Для проверки тока утечки конденсаторов можно собрать устройство по схеме, приведенной на рисунке 2 и с его помощью, осуществить
индивидуальный отбор, подвергнув разбраковке, возможно, не один десяток конденсаторов.

Схема устройства проверки конденсаторов для применения их в качестве переходных

Рис. 2 Схема устройства проверки конденсаторов для применения их в качестве переходных.

Инструкция по эксплуатации устройства

Поскольку ток утечки по абсолютной величине весьма мал, для его измерения необходимо воспользоваться микроамперметром. А чтобы случайно не вывести этот высокочувствительный и дорогой прибор из строя, необходимо строжайше придерживаться следующего порядка действий:

  1. Установить переключатель S3 в положение Контроль.

2. Проверить испытуемый конденсатор тестером на отсутствие короткого замыкания (пробоя).
3. Подключить конденсатор к зажимам Сx.
4. К зажимам U= подключить высокое напряжение (300, 400 или 500 В, в зависимости от рабочего напряжения конденсатора) и по шкале вольтметра проверить значение напряжения.
5. Переключатель S3 перевести в положение Работа.
6. Не ранее чем через 30 с нажать на кнопку S2 и посмотреть на шкалу миллиамперметра, стрелка которого не должна отклониться ни на одно деление, после чего кнопку отпустить.
7. Левой рукой нажать кнопку S1, после чего, не отпуская кнопку S1, правой рукой нажать кнопку S2 и по шкале микроамперметра определить ток утечки конденсатора в микроамперах.

Читайте также:  Кубатура досок таблица калькулятор

Если в пункте 6 инструкции, стрелка миллиамперметра отклонилась от нуля, хотя бы на ничтожную величину, ни в коем случае не нажимайте на кнопку S1 микроамперметра, а конденсатор отложите как непригодный для использования в вашем УЗЧ.

Какой тип конденсаторов лучше всего применять?

Вопрос этот весьма непростой, потому что большинство переходных конденсаторов должны иметь емкость 0,1 0,5 мкф при рабочем напряжении 300 … 500 В. Чаще всего это бумажные или металлобумажные конденсаторы, а именно они, как правило, имеют большой ток утечки.

Считается, что наилучшей электрической изоляцией а, следовательно и наименьшим током утечки, обладают конденсаторы с фторопластовой, полистирольной и полипропиленовой изоляцией. Однако большинство радиолюбителей не в состоянии определить тип изоляции конденсатора ни по его внешнему виду, ни даже по маркировке. В этом случае можно воспользоваться таблицей №1, в которой приведены наиболее подходящие типы из числа выпускаемых отечественной промышленностью.

Таблица №1

№ п/п

Марка

Номинал в МкФ

Напряжение в вольтах

Тип изоляции

Именно к разделительным конденсаторам предъявляются самые жесткие требования, поскольку именно они являются передаточным межкаскадным звеном, в максимальной степени влияющим на величину искажений звукового сигнала.

Конденсаторы К10-47

Рис. 3 Конденсатор К10-47.

Конденсаторы К73-17

Рис. 4 Конденсатор К73-17.

В последнее время ходят упорные слухи о том, что заморские специальные аудиофильные конденсаторы творят чудеса и исключают искажения звука, причем, чем дороже конденсатор, тем он более качественный. Это хорошая теория для увеличения продаж импортных конденсаторов среднего качества за сумасшедшие деньги. Если мы говорим о частотах звукового диапазона, то скорее всего эту теорию нужно рассматривать как антинаучный бред.
Даже если предположить, что технологии производства конденсаторов в Японии или в Европейских странах намного чище наших и они позволяют достигать очень низких значений тангенса угла диэлектрических потерь и чистоты диэлектрика конденсатора, то это всё равно не является причиной того, что нужно покупать переходные конденсаторы по 300 долларов за штуку.

Основной совет следующий:

  1. Необходимо проводить тщательный подбор конденсаторов по току утечки, который должен быть близок к нулю.
  2. Коэффициент изменения ёмкости, в зависимости от приложенного напряжения должен быть минимальным.
  3. Коэффициент изменения ёмкости, в зависимости от температуры окружающей среды должен быть минимальным.
  4. Использовать только рекомендованные типы конденсаторов – слюдяные, фторопластовые, плёночные, а из бумажных только герметизированные КБГ-И или К-40-У9.

Для низковольтных цепей, — например в устройствах регулировки громкости и тембра, тонкомпенсации, частотнозависимой обратной связи и т.п. выбор типов конденсаторов менее критичен по отношению к току утечки и практически не ограничивает конструктора. В то же время для этих цепей на первый план выступает требование минимального отклонения фактической емкости от указанного номинала, что для разделительных конденсаторов несущественно.

Следует отметить, что порой не так важно абсолютное значение емкости конденсатора, оно вполне может отличаться от указанного на схеме даже на 10%, как одинаковость фактической емкости двух конденсаторов в двух одноименных цепях симметричной схемы.

К конденсаторам фильтров выпрямителей или оксидным конденсаторам в катодных цепях ламп требования наименее жесткие. Можно использовать любые имеющиеся в распоряжении типы, лишь бы они обеспечивали достаточный запас по значению рабочего напряжения и подходили по размерам и способу крепления. Необходимо напомнить, что в отдельных узлах, — например в выпрямителе-удвоителе, некоторые конденсаторы имеют незаземленный отрицательный вывод, который в старых моделях конденсаторов, обычно соединен с корпусом. В этих случаях корпус такого конденсатора должен быть надежно изолирован от корпуса усилителя, чтобы полностью исключить возможность случайного замыкания или поражения током высокого напряжения.

Конденсатор в цепи катода лампы предварительного каскада

Рис. 5 Конденсатор в цепи катода лампы предварительного каскада.

Что такое ёмкость конденсатора?

Электрическая емкость конденсатора, измеряется в Кулонах на Вольт.

C = q / U

где q — заряд на обкладках конденсатора (в K);
U — напряжение на обкладках (в V).
Единица измерения — Кулон на вольт называется Фарад (F).
Микрофарад равняется одной миллионной частью Фарада.

1 F = 106 mF
Пикофарад равняется одной миллионной частью микрофарада.

1 mF = 106 pF

Емкость плоского конденсатора, состоящего из двух пластин, определяется следующей формулой:

С = (0,88*εr*S) / a

где:
C – емкость конденсатора (в pF);
S — площадь обкладок конденсатора (в см2);
εr относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, находящегося между обкладками конденсатора;
а — расстояние между обкладками (в мм).

Емкость плоского конденсатора, состоящего из n, параллельно соединенных пластин, определяется следующей формулой:

С = (0,88*εr*S*(n-1)) / a

Последовательное соединение конденсаторов

Последовательное соединение конденсаторов

Рис. 6 Последовательное соединение конденсаторов.

Последовательное соединение конденсаторов представлено на рисунке 6. Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных конденсаторах.

U = U1 + U2 + U3

Напряжения на конденсаторах обратно пропорциональны их емкостям.

U1 : U2 : U3 = 1/С1 : 1/С2 : 1/С3

Такое распределение напряжений наблюдалось бы только при отсутствии проводимости у конденсаторов. Если же сопротивления между обкладками (сопротивления утечки) конечны по величине и отличны от нуля, то напряжения на конденсаторах будут пропорциональны их сопротивлениям утечки. Поэтому при последовательном включении конденсаторов их шунтируют внешними сопротивлениями, чтобы напряжения на них определялись величинами этих сопротивлений, а не случайными значениями сопротивлений утечки.

На рисунке 7 показана схема последовательных включений конденсаторов с шунтирующими сопротивлениями для выравнивания напряжений.

Внимание. Схемы с шунтирующими сопротивлениями, практически не используются в качестве переходных или разделительных конденсаторов, из-за влияния на рабочие точки характеристик ламповых каскадов усиления и, возникающие при этом искажения.

Последовательное соединение конденсаторов с шунтирующими сопротивлениями для выравнивания напряжений

Рис. 7 Последовательное соединение конденсаторов с шунтирующими сопротивлениями.

Общая емкость определяется по формуле:

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3

и будет меньше емкости наименьшего конденсатора данной цепи.

Если речь идет о двух последовательно включенных конденсаторах, тогда можно воспользоваться таблицей №2 для расчета емкости и напряжений, прикладываемых к каждому конденсатору.

Таблица №2

Схема

C

U1

U2

Последовательное соединение двух конденсаторов

Формула для расчета емкости

Формула для расчета напряжения U1 на первом конденсаторе

Формула для расчета напряжения U2 на втором конденсаторе

При последовательном соединении N одинаковых по емкости конденсаторов C1 общая емкость расчитывается по формуле:

С = C1/N

Параллельное соединение конденсаторов

Напряжения на каждом конденсаторе одинаковы и равны U.
Общая емкость С — равна сумме емкостей параллельно соединенных конденсаторов:

C = C1 + C2 + C3

Схема параллельного соединения конденсаторов приведена на рисунке 8

Параллельное соединение конденсаторов

Рис. 8 Параллельное соединение конденсаторов.

При параллельном соединении N одинаковых по емкости конденсаторов C1 общая емкость расчитывается по формуле:

С = C1*N

Общие характеристики конденсаторов

Электрические характеристики конденсатора определяются его конструкцией и свойствами используемого диэлектрика.
Основными параметрами конденсатора являются:

  • номинальное значение емкости (мкФ, нФ, пФ);
  • рабочее напряжение — максимальное значение напряжения, при котором конденсатор может работать длительно без — изменения своих свойств;
  • допуск — возможный разброс значения емкости конденсатора;
  • температурный коэффициент емкости (ТКЕ) — зависимость емкости конденсатора от температуры окружающей среды.

В таблице № 3, приведены основные характеристики конденсаторов различных типов.
Таблица № 3

Источник